对超高分子量聚乙烯的研究

超高分子量聚乙烯(UHMW PE)是指分子量在100万～500万以上的线型结构聚乙烯,由于其巨大的分子量,使之具有一些普通PE、其它工程塑料和一些金属材料所不及的优异的综合性能。本文阐述了超高分子量聚乙烯的基本性能,介绍了主要的成型加工方法及其在各方面的应用情况。

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对超高分子量聚乙烯的研究

李飞跃

(黑龙江中盟龙新化工有限公司,黑龙江安达　151400)

　　摘　要:超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是指分子量在100万～500万以上的线型结构聚乙烯,由于其巨大的分子量,使之具有一些普通PE、其它工程塑料和一些金属材料所不及的优异的综合性能。本文阐述了超高分子量聚乙烯的基本性能,介绍了主要的成型加工方法及其在各方面的应用情况。

关键词:超高分子量聚乙烯;基本性能;成型加工;应用

　　中图分类号:TQ325.1+2　　文献标识码:A　　文章编号:1006—7981(2012)05—0022—02　　超高分子量聚乙烯一般是指相对分子质量在100万以上的聚乙烯,是一种新型工程塑料,虽然他的分子结构排列与普通聚乙烯完全相同,但由于它具有非常高的相对分子质量(普通聚乙烯的相对分子质量仅为2万～3万),则赋予他许多普通聚乙烯所没有的优异性能。它具有以下优点:耐磨损非常卓越;冲击强度极高;能吸收震动冲击和防噪声;摩擦系数很低,能自润滑;不易粘附异物;耐化学腐蚀;工作温度范围(-265℃—+100℃),低温到-195℃时,仍能保持很好的韧性和强度,不致脆裂;无毒性、无污染、可再循环回收利用;成本低廉。因此在工程塑料中超高分子量聚乙烯是综合性能最佳的工程塑料。但它也有不足之处,如耐温性能差、硬度低、拉伸强度低以及阻燃性能差等。1　UHMWPE的成型加工1.1　普通加工技术1.1.1　压制烧结

压制烧结是UHMWPE最原始的加工方法。此法生产效率颇低,易发生氧化和降解。为了提高生产效率,可采用直接电加热法;另外,Werner和Pfleiderer公司开发了一种超高速熔结加工法,采用叶片式混合机,叶片旋转的最大速度可达150m/s,使物料仅在几秒内就可升至加工温度。1.1.2　挤出成型

挤出成型设备主要有柱塞挤出机、单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。双螺杆挤出多采用同向旋转双螺杆挤出机。70年代中期,日、美、西德等先后开发了单螺杆挤出工艺。北京化工大学于1994年底研制出545型UHMWPE专用单螺杆挤出机,并于1997年取得了565型单螺杆挤出管材工业化生产线的成功。

1.1.3　注塑成型

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日本三井石油化工公司于1974年开发了注塑成型工艺,并于1976年实现了商业化,之后又开发了往复式螺杆注塑成型技术。北京塑料研究所1983年对国产XS-ZY-125A型注射机进行了改造,成功地注射出啤酒罐装生产线用UHMWPE托轮、水泵用轴套,1985年又成功地注射出医用人工关节等。

1.1.4　吹塑成型

UHMWPE加工时,当物料从口模挤出后,因弹性恢复而产生一定的回缩,并且几乎不发生下垂现象,故为中空容器,特别是大型容器,如油箱、大桶的吹塑创造了有利的条件。UHMWPE吹塑成型还可导致纵横方向强度均衡的高性能薄膜,从而解决了HDPE薄膜长期以来存在的纵横方向强度不一致,容易造成纵向破坏的问题。1.2　特殊加工技术1.2.1　冻胶纺丝

溶解UHMWPE于适当的溶剂中,制成半稀溶液,经喷丝孔挤出,然后以空气或水骤冷纺丝溶液,将其凝固成冻胶原丝。在冻胶原丝中,几乎所有的溶剂被包含其中,因此UHMWPE大分子链的解缠状态被很好地保持下来,而且溶液温度的下降,导致冻胶体中UHMWPE折叠链片晶的形成。这样,通过超倍热拉伸冻胶原丝可使大分子链充分取向和高度结晶,进而使呈折叠链的大分子转变为伸直链,从而制得高强度、高模量纤维。1.2.2　润滑挤出(注射)

在挤出(注射)物料与模壁之间形成一层润滑层,从而降低物料各点间的剪切速率差异,减小产品的变形,同时能够实现在低温、低能耗条件下提高高粘度聚合物的挤出(注射)速度。产生润滑层的方法主要有两种:自润滑和共润滑。

收稿日期:2012-01-12