供應：供應 高分子聚乙烯M UHMWPE XM-221U 三井化學 前言　 　聚乙烯是目前產量最大、應用最廣的塑料品種之一，約占世界塑料總產量的30%。其中，LDPE、HDPE以及被稱為第三代聚乙烯的LLDPE等均屬于熱塑性通用塑料，唯有分子量高達150萬以上的UHMEPE，因物理力學性能優(yōu)異而作為工程塑料應用。 　 　根據(jù)美國菲利普石油公司的劃分方法，分子量在150萬以上的聚乙烯稱為“UHMWPE”既Ultra-high molecular weight PE ，中文稱超高分子量聚乙烯。德國赫斯特（Hoechst）公司、美國赫爾克樂斯（Hercules）公司和日本三井石油化學公司是世界上生產UHMWPE 的三大公司，中國主要生產廠家是北京助劑二廠、上海高橋石化公司化工廠,中國石化齊魯石化分公司。 性能 　 　UHMWPE極高的分子量（HDPE的分子量通常只有2～30萬）賦予其優(yōu)異的使用性能，而且屬于價格適中、性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，它幾乎集中了各 種塑料的優(yōu)點，具有普通聚乙烯和其它工程塑料無可比擬的耐磨、耐沖擊、自潤滑、耐腐蝕、吸收沖擊能、耐低溫、衛(wèi)生無毒、不易粘附、不易吸水、密度較小等綜 合性能。事實上，目前還沒有一種單純的高分子材料兼有如此眾多的優(yōu)異性能。 1、耐磨性 　　 UHMWPE的耐磨性居塑料之冠，并超過某些金屬，圖1為UHMWPE與其它材料耐磨性比較。與其它工程塑料相比，UHMWPE的沙漿磨耗指數(shù)僅是 PA66的1/5，HEPE和PVC的1/10；與金屬相比，是碳鋼的1/7，黃銅的1/27。這樣高的耐磨性，以致于用一般塑料磨耗實驗法難以測試其耐 磨程度，因而專門設計了一種沙漿磨耗測試裝置。UHMWPE耐磨性與分子量成正比，分子量越高，其耐磨性越好。 2、耐沖擊性 　 　UHMWPE的沖擊強度，在所有工程塑料中名列前茅，圖2為UHMWPE與其他工程塑料沖擊強度比較，從圖2中可以看出，UHMWPE的沖擊強度約為耐 沖擊PC的2倍，ABS的5倍，POM和PBTP的10余倍。耐沖擊性如此之高，以致于采用通常沖擊試驗方法難以使其斷裂破壞。其沖擊強度隨分子量的增大 而提高，在分子量為150萬時達到最大值，然后隨分子量的繼續(xù)升高而逐漸下降。值得指出的是，它在液氮中（-195℃）也能保持優(yōu)異的沖擊強度，這一特性 是其它塑料所沒有的。此外，它在反復沖擊表面硬度更高。 3、自潤滑性 　　UHMWPE有極 低的摩擦因數(shù)（0.05～0.11），故自潤滑性優(yōu)異。表1為UHMWPE與其他工程塑料摩擦因數(shù)比較。從表1可以看出，UHMWPE的動嗎擦因數(shù)在水潤 滑條件下是PA66和POM的1/2，在無潤滑條件下僅次于塑料中自潤滑性最好的聚四氟乙烯（PTFE）；當它以滑動或轉動形式工作時，比鋼和黃銅加潤滑 油后的潤滑性還要好。因此，在摩擦學領域UHMWPE被譽為成本/性能非常理想的摩擦材料。 　　 名稱 摩擦系數(shù) 自潤滑 水潤滑 油潤滑 UHMWPE 0.10～0.22 0.05～0.10 0.05～0.08 PTFE 0.04～0.25 0.04～0.08 0.04～0.05 PA66 0.15～0.40 0.14～0.19 0.06～0.11 POM 0.15～0.35 0.10～0.20 0.05～0.10 表1 UHMWPE與其它工程塑料摩擦因數(shù)比較 4、耐化學藥品性 　　UHMWPE具有優(yōu)良的耐化學藥品性，除強氧化性酸液外，在一定溫度和濃度范圍內能耐各種腐蝕性介質（酸、堿、鹽）及有機介質（荼溶劑除外）。 　　其在20℃和80℃的80種有機溶劑中浸漬30d，外表無任何反?，F(xiàn)象，其它物理性能也幾乎沒有變化。 5、沖擊能吸收性 　　UHMWPE具有優(yōu)異的沖擊能吸收性，沖擊能吸收值在所有塑料中最高，因而噪聲阻尼性能很好，具有優(yōu)良的削音效果。 6、耐低溫性 　　UHMWPE具有優(yōu)異的耐低溫性，在液氦溫度（-269℃）下仍具有延展性，因而能夠用作核工業(yè)的耐低溫部件。 7、衛(wèi)生無毒性 　　UHMWPE衛(wèi)生無毒，完全符合日本衛(wèi)生協(xié)會的標準，并得到美國食品及藥物行政管理局和美國農業(yè)部的認可，可用于接觸食品和藥物。 8、不粘性 　　UHMWPE表面吸附能力非常微弱，其抗粘符能力僅次于塑料中不粘性最好的PTFE，因而制品表面與其它材料不易粘符。 9、吸水性小 　　UHMWPE吸水率很低；一般小于0.01%，僅為PA66的1%，因而在成型加工前一般不必干燥處理。 10、密度 　　表2為UHMWPE與其它工程塑料密度比較。由表2可知，UHMWPE的密度比其它所有工程塑料都低，一般比PTFE低56%，比POM低33%，比PBTP低30%，因此其制品非常輕便。 　　 名稱 相對密度 UHMWPE密度比其低/% PTFE 2012 56 POM 1.41 33 PBTP 1.31 30 PC 1.20 22 PA 1.02—1.14 8—18 UHMWPE 0.94 表2 UHMWPE 與其它工程塑料密度比較 11、拉伸強度 　 　由于UHMWPE具有朝拉伸取向必備的結構特征，所以有無可匹敵的超高拉伸強度，因此可通過凝膠紡絲法制得超高彈性模量和強度的纖維，其拉伸強度高達 3～3.5GPa,拉伸彈性模量高達100～125GPa；纖維比強度是迄今已商品化的所有纖維中最高的，比碳纖維大4倍，比鋼絲大10倍，比芳綸纖維大 50%。 12、其他性能 　　UHMWPE還具有優(yōu)良的電氣絕緣性能，比HDPE更優(yōu)良的耐環(huán)境應力開裂性，比HDPE更好的耐疲勞性及耐r-射線能力。 應用 　　目前UHMWPE已在紡織、造紙、包裝、運輸、進寫、化工、采礦、石油、建筑、電氣、食品、醫(yī)療、體育等領域得到廣泛的應用，并開始進入常規(guī)兵器、船舶、汽車等領域。今后還將擴大到宇航和原子能等領域。 1、耐磨性和耐沖擊性為主的應用 　　1.1、紡織機械 　 　紡織機械是UHMWPE最早應用的領域，早在1958年，就有幾家公司用UHMWPE制造防止機械零件，如取代韌性材料中最耐用的水牛皮制作的織機上的 皮結，承受40～180次/min長期振動沖擊，其壽命可達水牛皮結的5～6倍。目前，國外在每臺織機上應用的UHMWPE零件平均有30件左右，如投梭 器、打梭棒、齒輪、聯(lián)結器、掃花桿、緩沖塊、桿軸套、擺動后梁等耐沖擊磨損零件。 　　1.2、造紙機械 　 　造紙機械是應用UHMWPE的第二個工業(yè)領域，約在1960年，在一臺削木機的傳送裝置上第一次安裝了UHMWPE防磨條，對底板和鏈條起到良好的保護 作用，使用5a基本上無磨損。據(jù)估計，防磨條的壽命要比鏈條的壽命高一倍以上，UHMWPE和不銹鋼、楓木、澆鑄型聚氨脂及層壓酚醛塑料等耐磨材料都層作 為吸水箱蓋板使用，但重要的是UHMWPE蓋板對吸水箱上不銹鋼絲網的阻力大大低于其它材料，因此可使昂貴的不銹鋼死網的使用壽命延長。今天，造紙工業(yè)所 需UHMWPE用量占總量的10%，如采用UHMWPE制造造紙機的刮水板、吸水箱蓋板、壓密部件、接頭等；此外UHMWPE也可用來制造造紙機械的密封 軸桿、偏導輪、刮刀、過濾器等零部件。 　　1.3、包裝機械 　　UHMWPE的高耐磨性、低摩擦因數(shù)和不粘性，使其在包裝機械中比某些金屬和其它塑料更適用，可代替磷青銅和氟塑料。 　　用UHMWPE取代改性氟塑料制作導軌、傳送裝置的滑塊座、固定板等，不僅大大降低了設備投資費用，而且可延長使用壽命10～50倍。 　　一條液體洗滌劑生產線裝置上的計時星輪，用UHMWPE取代原來的層壓熱固性塑料后，使過去易磨損、易劃傷瓶且容易變軟的問題迎刃而解，大大減少了備用件費用，有UHMWPE制造的計時螺桿，也已在許多裝瓶線上作為標準部件使用。 　　西方一個大啤酒廠，用UHMWPE制作了一條約1.6km長的板帶式瓶子傳送帶，比用磷青銅制作的傳送帶耐用幾倍。 　　國外一個汽車組裝廠的輸送線上，鏈條驅動鏈輪使小車在鋼板傳送平臺上運動，由于鏈條與鋼板的摩擦，鏈條極易損壞。采用UHMWPE板材替換鋼板，使磨損大大降低，同時也減少了動力消耗。 　　1.4、通用機械 　　由于UHMWPE具有優(yōu)良的耐磨性、耐沖擊性，它在機械制造行業(yè)中得到廣泛應用，可制作各種齒輪、凸輪、葉輪、滾輪、滑輪、軸承、軸瓦、軸套、削軸、墊片、密封墊、彈性聯(lián)軸節(jié)、螺釘?shù)葯C械零部件。 2、以自潤滑性和不粘性為主的應用 　　2.1、材料儲運 　　UHMWPE可制作裝煤、水泥、石灰、礦粉、鹽、谷物之類粉狀材料的料斗、料倉、滑槽的襯里，由于它具有優(yōu)良的自潤滑性、不粘性，可使上述粉狀材料對儲運設備不發(fā)生粘附現(xiàn)象，保證穩(wěn)定輸送。 　 　煤、礦粉、糧食等的料斗過去采用不銹鋼襯里進行裝箱運輸，現(xiàn)改用UHMWPE襯里，長期使用時，可減少發(fā)熱現(xiàn)象，寶鋼運送礦石的料斗采用UHMWPE， 要比原先采用的金屬材料使用壽命提高10～50倍。用UHMWPE制作料斗襯里便于施工、成本低，所以大發(fā)電廠輸送煤的加料斗也采用了UHMWPE襯里。 　　采煤場的煤溜槽采用UHMWPE制造，可降低傾斜角度，從而提高開采量。輸送40萬t煤而不需要更換料槽，其使用壽命比襯鎂合金的流料槽提高2倍。 　　UHMWPE用于流砂等的固體輸送管道，與鋼管相比壽命提高18倍，成本降至1/25，與尼龍管相比壽命提高3倍，成本降至1/8。在輸送時，管內阻力比金屬管小25%，大大提高了輸送效率。 　　在滑槽、鏟斗和礦石車廂的內襯等方面，用傳統(tǒng)金屬材料時，遇到寒冷潮濕天氣，物料就會凍結在金屬上，而采用UHMWPE則不會，從而大大減少了卸貨時間。在散裝貨船的自卸漏斗上內襯一層UHMWPE板材后，平均卸貨時間由原來的16～20h減少到8h。 　　2.2農業(yè)、建筑機械 　　UHMWPE自潤滑性優(yōu)異，泥土在其表面容易滑動，而不會發(fā)生粘著，而且其耐沖擊性、耐磨損性優(yōu)良，適于制作農業(yè)和建筑機械的零部件。如聯(lián)合收割機的滑動板、犁具外襯板、退土機的刮板、挖土機鏟斗的內襯、翻斗車車廂的內襯等，可大幅度提高工作效率，減少能耗。 　　2.3文體用品 　　利用UHMWPE的自潤滑性和耐磨性及耐寒性，可用語滑冰、滑雪板底板，歐美主要采用UHMWPE制造；用UHMWPE覆蓋滑雪道（層厚20mm），滑板最高速度可達110km/h。 　　日本三井石油化學公司制造的UHMWPE滑冰場，1975年在Kagoshima縣對外開放，其造價為一般滑冰場的1/4。 3、以耐腐蝕性和不吸水性為主的應用 　　UHMWPE具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和不吸水性，可用做各種溶液存儲設備的鋪面材料和大型包裝容器，如浮筒、接水槽，汽油箱、農藥容器以及用語太陽能設備的退水容器等。這也是UHMWPE目前應用最廣泛的領域之一。 　　UHMWPE容器具有優(yōu)良的落下沖擊強度。如果將容器裝水20kg，從高空跌落至10mm厚的鐵板上，普通聚乙烯容器的破壞高度僅為9M，而UHMWPE容器可高達15M以上。 4、以衛(wèi)生無毒性為主的應用 　　4.1、食品、飲料工業(yè) 　 　UHMWPE具備食品工業(yè)所要求的無毒性、耐水性及非黏著性。被指定為可直接與食品接觸使用的材料。可用于啤酒、清涼飲料、調味品等的輸送線。輸送物品 時，可以防止瓶子等的破損，降低噪音，減少輸送帶、輸送螺桿等的磨損，并可減少電力損耗，它還可用來制造肉食、牛奶以及糖果蜜餞和面包食品生產設備的零部 件。 　　4.2、醫(yī)療 　　 UHMWPE具有優(yōu)異的生理惰性和生理適應性，經美國食品及藥物行政管理局、農業(yè)部批準，可在醫(yī)藥幾與人體接觸的領域使用，如作為心臟瓣膜、矯形外科零 件、人工關節(jié)及節(jié)育植入體等的臨床使用，是理想的醫(yī)用高分子材料。有UHMWPE制成的腕臼和金屬股骨組成的人工髖關節(jié)，耐磨性和安全性比PTFE更為優(yōu) 異。目前世界上已有數(shù)十萬人接受了這類人工關節(jié)的置換。 5、其他性能的應用 　　5.1、耐低溫性應用 　　UHMWPE具有優(yōu)異的耐低溫性能，可應用于各種冷凍機械中，并可作為核工業(yè)的耐低溫部件，在低溫超導領域中是較為理想的絕緣材料。UHMWPE對放射線具有優(yōu)良的遮蔽效果，故可用作原子能 　　發(fā)電站的遮蔽板。 　　5.2、電絕緣性能應用 　　UHMWPE電絕緣性能良好，尤其是介電損耗角正切值低，可用于制造電鍍槽、輥子及在高頻和超高頻區(qū)間工作的絕緣子、絕緣拖架、電纜管道、短路器、電纜端子和其它電氣裝置。 不足之處 　　與其它工程塑料相比，UHMWPE耐熱性、剛度和硬度偏低，但可以通過“填充”和“交聯(lián)”等方法來改善；從耐熱性來看，UHMWPE的熔點（136℃）與普通聚乙烯大體相同，但因其分子量大，熔融粘度高，故加工難度大。