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超高分子聚乙烯的开发和应用 填充剂对超高分子聚乙烯摩擦磨损性能的改进 超高分子量聚硅氧烷在塑料中的效用 超高分子聚乙烯加工改性热点 超高分子聚乙烯(UHMW-PE)管在工程中的应用 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）原料生产工艺简介 什么是超高分子聚乙烯(UHMW-PE) 超高分子聚乙烯性能简介 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）主要性能指标及用途 超高分子聚乙烯制品（UHMW-PE）的应用领域 常用塑料品种识别方法 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）简介 超高分子聚乙烯的开发和应用 返回目录 超高分子聚乙烯的开发和应用 1 引言 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。世界上最早由美国Allied Chemical公司于1957年实现工业化，此后德国Hoechst公司、美国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也投入工业化生产。我国于1964年最早研制成功并投入工业生产。限于当时条件，产物分子量约150万左右，随着工艺技术的进步，目前产品分子量可达100万～400万以上。 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的发展十分迅速，80年代以前，世界平均年增长率为8.5%，进入80年代以后，增长率高达15%～20%。而我国的平均年增长率在30%以上。1978年世界消耗量为12，000～12，500吨，而到1990年世界需求量约5万吨，其中美国占70%。 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）平均分子量约35万～800万，因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）优异的物理机械性能使它广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于超高分子聚乙烯（UHMW-PE）优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用。 2 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的成型加工 由于超高分子聚乙烯（UHMW-PE）熔融状态的粘度高达108Pa*s，流动性极差，其熔体指数几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。近年来，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的加工技术得到了迅速发展，通过对普通加工设备的改造，已使超高分子聚乙烯（UHMW-PE）由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。 2.1 一般加工技术 (1)压制烧结 压制烧结是超高分子聚乙烯（UHMW-PE）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〔1〕；另外，Werner和Pfleiderer公司开发了一种超高速熔结加工法〔2〕，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。 (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。 60年代大都采用柱塞式挤出机，70年代中期，日、美、西德等先后开发了单螺杆挤出工艺。日本三井石油化学公司最早于1974年取得了圆棒挤出技术的成功。我国于1994年底研制出Φ45型超高分子聚乙烯（UHMW-PE）专用单螺杆挤出机，并于1997年取得了Φ65型单螺杆挤出管材工业化生产线的成功。 (3)注塑成型 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。1985年美国Hoechst公司也实现了超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的螺杆注塑成型工艺。我国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超高分子聚乙烯（UHMW-PE）托轮、水泵用轴套，1985年又成功地注射出医用人工关节等。 (4)吹塑成型 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）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。超高分子聚乙烯（UHMW-PE）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。 2.2 特殊加工技术 2.2.1 冻胶纺丝 以冻胶纺丝—超拉伸技术制备高强度、高模量聚乙烯纤维是70年代末出现的一种新颖纺丝方法。荷兰DSM公司最早于1979年申请专利，随后美国Allied公司、日本与荷兰联合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都实现了工业化生产。中国纺织大学化纤所从1985年开始该项目的研究，逐步形成了自己的技术，制得了高性能的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）纤维〔3〕。 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）冻胶纺丝过程简述如下：溶解超高分子聚乙烯（UHMW-PE）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，因此超高分子聚乙烯（UHMW-PE）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，导致冻胶体中超高分子聚乙烯（UHMW-PE）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。 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）纤维是当今世界上第三代特种纤维，强度高达30.8cN/dtex,比强度是化纤中最高的，又具有较好的耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐光等优良性能。它可直接制成绳索、缆绳、渔网和各种织物：防弹背心和衣服、防切割手套等，其中防弹衣的防弹效果优于芳纶。国际上已将超高分子聚乙烯（UHMW-PE）纤维织成不同纤度的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳等。超高分子聚乙烯（UHMW-PE）纤维的复合材料在军事上已用作装甲兵器的壳体、雷达的防护外壳罩、头盔等；体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。 2.2.2 润滑挤出(注射) 润滑挤出(注射)成型技术是在挤出(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。 (1)自润滑挤出(注射) 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的自润滑挤出(注射)是在其中添加适量的外部润滑剂，以降低聚合物分子与金属模壁间的摩擦与剪切，提高物料流动的均匀性及脱模效果和挤出质量。外部润滑剂主要有高级脂肪酸、复合脂、有机硅树脂、石腊及其它低分子量树脂等。挤出(注射)加工前，首先将润滑剂同其它加工助剂一起混入物料中，生产时，物料中的润滑剂渗出，形成润滑层，实现自润滑挤出(注射)。 有专利报道〔4〕：将70份石蜡油、30份超高分子聚乙烯（UHMW-PE）和1份氧相二氧化硅(高度分散的硅胶)混合造粒，在190℃的温度下就可实现顺利挤出(注射)。 (2)共润滑挤出(注射) 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的共润滑挤出(注射)有两种情况，一是采用缝隙法〔5、6〕将润滑剂压入到模具中，使其在模腔内表面和熔融物料间形成润滑层；二是与低粘度树脂共混，使其作为产物的一部分(详见3.2.1)。 如：生产超高分子聚乙烯（UHMW-PE）薄板时，由定量泵向模腔内输送SH200有机硅油作润滑剂，所得产品外观质量有明显提高，特别是由于挤出变形小，增加了拉伸强度。 2.2.3 辊压成型〔1〕 辊压成型是一种固态加工方法，即在超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的熔点以下对其施加一很大的压力，通过粒子形变，有效地将粒子与粒子融合。主要设备是一带有螺槽的旋转轮和一带有舌槽的弓形滑块，舌槽与螺槽垂直。在加工过程中有效地利用了物料与器壁之间的摩擦力，产生的压力足够使超高分子聚乙烯（UHMW-PE）粒子发生形变。在机座末端装有加热支台，经过模口挤出物料。如将此项辊压装置与挤压机联用，可使加工过程连续化。 2.2.4 热处理后压制成型〔8〕 把超高分子聚乙烯（UHMW-PE）树脂粉末在140℃～275℃之间进行1min～30min的短期加热，发现超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的某些物理性能出人意料地大大改善。用热处理过的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）粉料压制出的制品和未热处理过的UHMPWE制品相比较，前者具有更好的物理性能和透明性，制品表面的光滑程度和低温机械性能大大提高了。 2.2.5 射频加工〔9〕 采用射频加工超高分子聚乙烯（UHMW-PE）是一种崭新的加工方法，它是将超高分子聚乙烯（UHMW-PE）粉末和介电损耗高的炭黑粉末均匀混合在一起，用射频辐照，产生的热可使超高分子聚乙烯（UHMW-PE）粉末表面发生软化，从而使其能在一定压力下固结。用这种方法可在数分钟内模压出很厚的大型部件，其加工效率比目前超高分子聚乙烯（UHMW-PE）常规模压加工高许多倍。 2.2.6 凝胶挤出法制备多孔膜〔10〕 将超高分子聚乙烯（UHMW-PE）溶解在挥发溶剂中，连续挤出，然后经一个热可逆凝胶/结晶过程，使其成为一种湿润的凝胶膜，蒸除溶剂使膜干燥。由于已形成的骨架结构限制了凝胶的收缩，在干燥过程中产生微孔，经双轴拉伸达到最大空隙率而不破坏完整的多孔结构。这种材料可用作防水、通氧织物和耐化学品服装，也可用作超滤/微量过滤膜、复合薄膜和蓄电池隔板等。与其它方法相比，由此法制备的多孔超高分子聚乙烯（UHMW-PE）膜具有最佳的孔径、强度和厚度等综合性能。 3 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的改性 3.1 物理机械性能的改进 与其它工程塑料相比，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）具有表面硬度和热变形温度低、弯曲强度以及蠕变性能较差等缺点。这是由于超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的分子结构和分子聚集形态造成的，可通过填充和交联的方法加以改善。 3.1.1 填充改性 采用玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉、二氧化硅、三氧化二铝、二硫化钼、炭黑等对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）进行填充改性，可使表面硬度、刚度、蠕变性、弯曲强度、热变形温度得以较好地改善。用偶联剂处理后，效果更加明显。如填充处理后的玻璃微珠，可使热变形温度提高30℃。 玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉等可提高硬度、刚度和耐温性；二硫化钼、硅油和专用蜡可降低摩擦因数，从而进一步提高自润滑性；炭黑或金属粉可提高抗静电性和导电性以及传热性等。但是，填料改性后冲击强度略有下降，若将含量控制在40%以内，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）仍有相当高的冲击强度。 3.2.1 交联 交联是为了改善形态稳定性、耐蠕变性及环境应力开裂性。通过交联，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的结晶度下降，被掩盖的韧性复又表现出来。交联可分为化学交联和辐射交联。化学交联是在超高分子聚乙烯（UHMW-PE）中加入适当的交联剂后，在熔融过程中发生交联。辐射交联是采用电子射线或γ射线直接对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）制品进行照射使分子发生交联。超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的化学交联又分为过氧化物交联和偶联剂交联。 (1)过氧化物交联 过氧化物交联工艺分为混炼、成型和交联三步。混炼时将超高分子聚乙烯（UHMW-PE）与过氧化物熔融共混，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）在过氧化物作用下产生自由基，自由基偶合而产生交联。这一步要保证温度不要太高，以免树脂完全交联。经过混炼后得到交联度很低的可继续交联型超高分子聚乙烯（UHMW-PE），在比混炼更高的温度下成型为制件，再进行交联处理。 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）经过氧化物交联后在结构上与热塑性塑料、热固性塑料和硫化橡胶都不同，它有体型结构却不是完全交联，因此在性能上兼有三者的特点，即同时具有热可塑性和优良的硬度、韧性以及耐应力开裂等性能。 国外曾报道用2，5-二甲基-2，5双过氧化叔丁基己炔-3作交联剂〔11〕，但国内很难找到。清华大学用廉价易得的过氧化二异丙苯(DCP)作为交联剂进行了研究〔12〕，结果发现：DCP用量小于1%时，可使冲击强度比纯超高分子聚乙烯（UHMW-PE）提高15%～20%，特别是DCP用量为0.25%时，冲击强度可提高48%。随DCP用量的增加，热变形温度提高，可用于水暖系统的耐热管道。 (2)偶联剂交联 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）主要使用两种硅烷偶联剂：乙烯基硅氧烷和烯丙基硅氧烷，常用的有乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷。偶联剂一般要靠过氧化物引发，常用的是DCP，催化剂一般采用有机锡衍生物。 硅烷交联超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的成型过程首先是使过氧化物受热分解为化学活性很高的游离基，这些游离基夺取聚合物分子中的氢原子使聚合物主链变为活性游离基，然后与硅烷产生接枝反应，接枝后的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）在水及硅醇缩合催化剂的作用下发生水解缩合，形成交联键即得硅烷交联超高分子聚乙烯（UHMW-PE）。 (3)辐射交联 在一定剂量电子射线或γ射线作用下，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）分子结构中的一部分主链或侧链可能被射线切断，产生一定数量的游离基，这些游离基彼此结合形成交联链，使超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的线型分子结构转变为网状大分子结构。经一定剂量辐照后，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的蠕变性、浸油性和硬度等物理性能得到一定程度的改善。 用γ射线对人造超高分子聚乙烯（UHMW-PE）关节进行辐射，在消毒的同时使其发生交联，可增强人造关节的硬度和亲水性，并且使耐蠕变性得以提高〔13〕，从而延长其使用寿命。 有研究〔14〕表明，将辐照与PTFE接枝相结合，也可改善超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的磨损和蠕变行为。这种材料具有组织容忍性，适于体内移植。 3.2 加工性能的改进 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）树脂的分子链较长，易受剪切力作用发生断裂，或受热发生降解。因此，较低的加工温度，较短的加工时间和降低对它的剪切是非常必要的。 为了解决超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的加工问题，除对普通成型机械进行特殊设计外，还可对树脂配方进行改进：与其它树脂共混或加入流动改性剂，使之能在普通挤出机和注塑机上成型加工，这就是2.2.2中介绍的润滑挤出(注射)。 3.2.1 共混改性 共混法改善超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的熔体流动性是最有效、最简便和最实用的途径。目前，这方面的技术多见于专利文献。共混所用的第二组份主要是指低熔点、低粘度树脂，有LDPE、HDPE、PP、聚酯等，其中使用较多的是中分子量PE(分子量40万～60万)和低分子量PE(分子量＜40万)。当共混体系被加热到熔点以上时，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）树脂就会悬浮在第二组份树脂的液相中，形成可挤出、可注射的悬浮体物料。 (1)与低、中分子量PE共混 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）与分子量低的LDPE(分子量1，000～20，000，以5，000～12，000为最佳)共混可使其成型加工性获得显著改善，但同时会使拉伸强度、挠曲弹性等力学性能有所下降。HDPE也能显著改善超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的加工流动性，但也会引起冲击强度、耐摩擦等性能的下降。为使超高分子聚乙烯（UHMW-PE）共混体系的力学性能维持在一较高水平，一个有效的补偿办法是加入PE成核剂，如苯甲酸、苯甲酸盐、硬脂酸盐、己二酸盐等，可以借PE结晶度的提高，球晶尺寸的微细均化而起到强化作用，从而有效阻止机械性能的下降。有专利〔15〕指出，在超高分子聚乙烯（UHMW-PE）/HDPE共混体系中加入很少量的细小的成核剂硅灰石(其粒径尺寸范围5nm～50nm，表面积100m2/g～400m2/g)，可很好地补偿机械性能的降低。 (2)共混形态 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的化学结构虽然与其它品种的PE相近，但在一般的熔混设备和条件下，它们的共混物都难以形成均匀的形态，这可能与组份之间粘度相差悬殊有关。采用普通单螺杆混炼得到的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）/LDPE共混物，两组份各自结晶，不能形成共晶，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）基本上以填料形式分散于LDPE基体中。熔体长时间处理和使用双辊炼塑机混炼，两组份之间作用有所加强，性能亦有进一步的改善，不过仍不能形成共晶的形态。 Vadhar发现〔16〕，当采用两步共混法，即先在高温下将超高分子聚乙烯（UHMW-PE）熔融，再降到较低温度下加入LLDPE进行共混，可获得形成共晶的共混物。Vadher用溶液共混法也得到了能形成共晶的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）/LLDPE共混物。 (3)共混物的力学强度 对于未加成核剂的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）/PE体系，其在冷却过程中会形成较大的球晶，球晶之间存在着明显的界面，而在这些界面上存在着由分子链排布不同引起的内应力，由此会导致裂纹的产生，所以与基体聚合物相比，共混物的拉伸强度常常有所下降。当受到外力冲击时裂纹会很快地沿球晶界面发展而导致最后的破碎，因此又引起冲击强度的下降。 3.2.2 流动改进剂改性 流动改进剂促进了长链分子的解缠，并在大分子之间起润滑作用，改变了大分子链间的能量传递，从而使得链段位移变得容易，改善了聚合物的流动性。 用于超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的流动改进剂主要是指脂肪族碳氢化合物及其衍生物。其中脂肪族碳氢化合物有：碳原子数在22以上的n-链烷烃及以其作主成分的低级烷烃混合物；石油分裂精制得到的石蜡等。其衍生物是指末端含有脂肪族烃基、内部含有1个或1个以上(最好为1个或2个)羧基、羟基、酯基、羰基、氮基甲酰基、巯基等官能团；碳原子数大于8(最好为12～50)并且分子量为130～2000(以200～800为最佳)的脂肪酸、脂肪醇、脂肪酸酯、脂肪醛、脂肪酮、脂肪族酰胺、脂肪硫醇等。举例来说，脂肪酸有：癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬酯酸、油酸等。 我国制备了一种有效的流动剂(MS2)〔17〕，添加少量(0.6%～0.8%)就能显著改善超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的流动性，使其熔点下降达10℃之多，能在普通注塑机上注塑成型，而且拉伸强度仅有少许降低。 另外，用苯乙烯及其衍生物改性超高分子聚乙烯（UHMW-PE），除可改善加工性能使制品易于挤出外，还可保持超高分子聚乙烯（UHMW-PE）优良的耐摩擦性和耐化学腐蚀性〔18〕；1，1-二苯基乙炔〔19〕、苯乙烯衍生物〔20〕、四氢化萘〔21〕皆可使超高分子聚乙烯（UHMW-PE）获得优良的加工性能，同时使材料具有较高的冲击强度和耐磨损性。 3.2.3 液晶高分子原位复合材料 液晶高分子原位复合材料是指热致液晶高分子(TLCP)与热塑性树脂的共混物，这种共混物在熔融加工过程中，由于TLCP分子结构的刚直性，在力场作用下可自发地沿流动方向取向，产生明显的剪切变稀行为，并在基体树脂中原位就地形成具有取向结构的增强相，即就地成纤，从而起到增强热塑性树脂和改善加工流动性的作用。清华大学赵安赤等采用原位复合技术，对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）加工性能的改进取得了明显的效果〔22〕。 用TLCP对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）进行改性，不仅提高了加工时的流动性，采用通常的热塑加工工艺及通用设备就能方便地进行加工，而且可保持较高的拉伸强度和冲击强度，耐磨性也有较大提高。 3.3 聚合填充型复合材料 高分子合成中的聚合填充工艺是一种新型的聚合方法，它是把填料进行处理，使其粒子表面形成活性中心，在聚合过程中让乙烯、丙烯等烯烃类单体在填料粒子表面聚合，形成紧密包裹粒子的树脂，最后得到具有独特性能的复合材料。它除具有掺混型复合材料性能外，还有自己本身的特性：首先是不必熔融聚乙烯树脂，可保持填料的形状，制备粉状或纤维状的复合材料；其次，该复合材料不受填料/树脂组成比的限制，一般可任意设定填料的含量；另外，所得复合材料是均匀的组合物，不受填料比重、形状的限制。 与热熔融共混材料相比，由聚合填充工艺制备的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）复合材料中，填料粒子分散良好，且粒子与聚合物基体的界面结合也较好。这就使得复合材料的拉伸强度、冲击强度与超高分子聚乙烯（UHMW-PE）相差不大，却远远好于共混型材料，尤其是在高填充情况下，对比更加明显，复合材料的硬度、弯曲强度，尤其是弯曲模量比纯超高分子聚乙烯（UHMW-PE）提高许多，尤其适用作轴承、轴座等受力零部件。而且复合材料的热力学性能也有较好的改善：维卡软化点提高近30℃，热变形温度提高近20℃，线膨胀系数下降20%以上。因此，此材料可用于温度较高的场合，并适于制造轴承、轴套、齿轮等精密度要求高的机械零件。 采用聚合填充技术还可通过向聚合体系中通入氢或其它链转移剂，控制超高分子聚乙烯（UHMW-PE）分子量大小，使得树脂易加工〔23〕。 美国专利〔24〕用具有酸中性表面的填料：水化氧化铝、二氧化硅、水不溶性硅酸盐、碳酸钙、碱式碳酸铝钠、羟基硅灰石和磷酸钙制成了高模量的均相聚合填充超高分子聚乙烯（UHMW-PE）复合材料。另有专利〔25〕指出，在60℃，1.3MPa且有催化剂存在的条件下，使超高分子聚乙烯（UHMW-PE）在庚烷中干燥的 氧化铝表面聚合，可得到高模量的均相复合材料。齐鲁石化公司研究院分别用硅藻土、高岭土作为填料合成了超高分子聚乙烯（UHMW-PE）复合材料〔26〕。 3.4 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的自增强〔27、28〕 在超高分子聚乙烯（UHMW-PE）基体中加入超高分子聚乙烯（UHMW-PE）纤维，由于基体和纤维具有相同的化学特征，因此化学相容性好，两组份的界面结合力强，从而可获得机械性能优良的复合材料。超高分子聚乙烯（UHMW-PE）纤维的加入可使超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的拉伸强度和模量、冲击强度、耐蠕变性大大提高。与纯超高分子聚乙烯（UHMW-PE）相比，在超高分子聚乙烯（UHMW-PE）中加入体积含量为60%的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）纤维，可使最大应力和模量分别提高160%和60%。这种自增强的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）材料尤其适用于生物医学上承重的场合，而用于人造关节的整体替换是近年来才倍受关注的，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）自增强材料的低体积磨损率可提高人造关节的使用寿命。 4 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的合金化 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）除可与塑料形成合金来改善其加工性能外(见3.2.1和3.2.3)，还可获得其它性能。其中，以PP/超高分子聚乙烯（UHMW-PE）合金最为突出。 通常聚合物的增韧是在树脂中引入柔性链段形成复合物(如橡塑共混物)，其增韧机理为“多重银纹化机理”。而在PP/超高分子聚乙烯（UHMW-PE）体系，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）对PP有明显的增韧作用，这是“多重裂纹”理论所无法解释的。国内最早于1993年报道采用超高分子聚乙烯（UHMW-PE）增韧PP取得成功，当超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的含量为15%时，共混物的缺口冲击强度比纯PP提高2倍以上〔29〕。最近又有报道，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）与含乙烯链段的共聚型PP共混，在超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的含量为25%时，其冲击强度比PP提高一倍多〔30〕。以上现象的解释是“网络增韧机理”〔31〕。 PP/超高分子聚乙烯（UHMW-PE）共混体系的亚微观相态为双连续相，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）分子与长链的PP分子共同构成一种共混网络，其余PP构成一个PP网络，二者交织成为一种“线性互穿网络”。其中共混网络在材料中起到骨架作用，为材料提供机械强度，受到外力冲击时，它会发生较大形变以吸收外界能量，起到增韧的作用；形成的网络越完整，密度越大，则增韧效果越好。 为了保证“线性互穿网络”结构的形成，必须使超高分子聚乙烯（UHMW-PE）以准分子水平分散在PP基体中，这就对共混方式提出了较高的要求。北京化工大学有研究发现：四螺杆挤出机能将超高分子聚乙烯（UHMW-PE）均匀地分散在PP基体中，而双螺杆挤出机的共混效果却不佳。 EPDM能对PP/超高分子聚乙烯（UHMW-PE）合金起到增容的作用。由于EPDM具备的两种主要链节分别与PP和超高分子聚乙烯（UHMW-PE）相同，因而与两种材料都有比较好的亲合力，共混时容易分散在两相界面上。EPDM对复合共晶起到插入、分割和细化的作用，这对提高材料的韧性是有益的，能大幅度地提高缺口冲击强度。 另外，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）也可与橡胶形成合金，获得比纯橡胶优良的机械性能，如耐摩擦性、拉伸强度和断裂伸长率等。其中，橡胶是在混合过程中于超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的软化点以上进行硫化的。 5 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的复合化 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）可与各种橡胶(或橡塑合金)硫化复合制成改性PE片材，这些片材可进一步与金属板材制成复合材料。除此之外，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）还可复合在塑料表面以提高耐冲击性能。 在超高分子聚乙烯（UHMW-PE）软化点以上的温度条件下，将含有硫化剂的未硫化橡胶片材与超高分子聚乙烯（UHMW-PE）片材压制在一起，可制得剥离强度较高的层合制品，与不含硫化剂的情况相比，其剥离强度可提高数十倍。用这种方法同样可使未硫化橡胶与塑料的合金(如EPDM/PA6、EPDM/PP、SBR/PE)和超高分子聚乙烯（UHMW-PE）片材牢固地粘接在一起。 参考文献： ［1］ 钟玉荣，卢鑫华.塑料〔J〕，1991，20(1)：30 ［2］ 孙大文.塑料加工应用〔J〕，1983(5)：1 ［3］ 杨年慈.合成纤维工业〔J〕，1991，14(2)：48 ［4］ JP 63，161，075〔P〕 ［5］ Plast.Technol.〔J〕，1981,27(1):8 ［6］ 公开特许〔P〕，昭60-101021 ［7］ 徐僖，蔡燎原.现代塑料加工应用〔J〕，1992，4(6)：1 ［8］ U.S.P.4246390〔P〕 ［9］ 徐僖，王琪.高分子材料科学与工程〔J〕，1987，3(3)：90 ［10］ Polymer Processing 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超商分子量聚乙烯虽然有许多优良特性，但也有许多不足，如硬度低、强度低、耐温性能差、蠕变性能差等。为了弥补这些不足和进一步提高其耐磨性，可对其进行填料（超细玻璃微珠、二硫化钼、滑石粉、玻璃纤维、碳纤维、聚四氟乙烯）改性。此外，应根据其应用工况条件和要求进行不同的改性。 有关超高分子聚乙烯性能、加工工艺、改性、应用等方面的研究已有许多报道，国内对其摩擦磨损的性能试验研究报道很少，而超高分子聚乙烯则是因耐磨损、韧性好等才引起人们的重视和应用的，因此，作者用M—200型摩擦磨损试验机进行了环（45＃钢）块摩擦磨损试验研究，并用腐蚀磨损试验机进行了超高分子聚乙烯沙浆磨损试验。 2 实验仪器、设备、原料和添加剂 2.1原料和添加剂 超高分子聚乙烯：白色粉末，M—Ⅱ型（分子量250万）； 抗氧剂； 偶联剂； 超细玻璃微珠，450目； 碳纤维； 聚四氟乙烯：型号7A—J（约200目）； 玻璃纤维； 滑石粉：200目。 2.2 实验设备 试验机：M－200型磨损试验机，型号：MSH型，转速选为 683rpm。 2.3 测试仪器 称重仪器：湘仪一岛津电子分析天平AEL—200。 3 试验 3.1 环块试验 实验用试验机为M—200型磨损试验机，环块尺寸为：Φ40×12、14×14，为了加载更准确把弹簧加载装置改为杠杆加载，杠杆的力臂之比为 3:1。实验分为油润滑和无油润滑两种。无油润滑时测试摩擦系数和磨损量；有油润滑（普通机油滴油润滑）时，由于磨损量太小只测试摩擦系数。 试件在试验、称重之前要先清洗，清洗剂用丙酮，清洗装置为H66005超声清洗器。清洗时间视试件的大小和脏污程度而定。本实验清洗时间为15min。 磨损量的测试按GB3960—88《塑料滑动摩擦磨损试验方法》进行的。环块试验，环为45＃钢，表面粗糙度0.8μm，块为超高分子聚乙烯塑料，试件载荷为200N，环的转速为200rpm，每次运转时间l0min（通过预测试由于时间长时塑料发热出现表面熔化现象，所以运转时间为10min）。 3.2 沙浆磨损实验 沙桨磨损实验在腐蚀磨损试验机上进行，试验装置的原理图见图l。速度为低速中的高速（683rpm）。石英沙：40～70目。沙／水的比例（体积比）为1:4（水为自来水）。各试件几何尺寸和表面光洁度尽量一致，一次可测试四个试件。  图2 环块磨损试验时添加剂比例与磨损量的关系 4实验结果与分析 4.1 环块磨损试验时添加剂比例对磨损量的影响 图2是环块磨损试验时添加剂比例与磨损量的关系曲线。由图可以看出。当添加剂比例≤5％时，随着添加剂比例的增加磨损量明显降低，即耐磨性提高。当添加剂比例大于 20％时磨损量降低缓慢，甚至个别出现磨损量增大现象。这说明添加剂的比例达到一定值时超高分子聚乙烯的耐磨性不再提高，亦即达到饱和值。这是由于这些无机添加剂与超高分子聚乙烯的相容性差，虽然这些添加剂都用偶联剂进行了偶联处理，但添加比例也不能过高，不宜超过各自的“饱和值”，否则，耐磨性、冲击强度、拉伸强度等反而降低。 4.2 沙浆磨损试验时添加剂比例对磨损量的影响 图3是在腐蚀磨损试验机上进行沙浆磨损试验时添加剂的比例与磨损量的关系曲线。相对磨损率是指磨损量与磨损前的试件重量之比。由图3可以看出：磨损量随着添加剂比例的增加反而增大，出现了和环块磨损时不同的现象。这说明摩擦磨损是与工况条件密切相关的，受工况条件的影响极大，同一种材料在不同工况条件下磨损情况完全不同，也说明摩擦磨损的机理是很复杂和难以确定的。  图3 沙浆磨损时添加剂比例与磨损量的关系 4.3 环块试验时不同添加剂及比例对摩擦系数的影响 图4是环块试验时不同添加剂和不同比例与摩擦系数之间的关系曲线。由图4可以看出：添加玻璃纤维和滑石粉对摩擦系数影响较大，使摩擦系数增大；添加玻璃微珠和碳纤维对摩擦系数几乎没有影响，添加聚四氟乙烯可降低摩擦系数。 超高分子聚乙烯虽然有许多优良特性，但也有许多不足，在应用时一般根据不同的需要进行不同的改性。例如：作为轴承、轴套使用时要求添加剂能使超高分子聚乙烯摩擦系数低、耐磨损；作为滚轮使用时要求添加剂能使超高分子聚乙烯达到耐磨损要求即可。此外还要考虑添加剂的成本等。  图4 环块试验时不同添加剂和不同比例与摩擦系数之间的关系曲线 5 结论 （1）环块磨损时随着添加剂比例增加磨损量减少； （2）沙浆磨损时随着添加剂比例增加磨损量增加； （3）添加玻璃纤维和滑石粉使摩擦系数增大； （4）添加碳纤维和玻璃微珠对摩撩系数几乎无影响； （5）添加聚四氟乙烯可使摩擦系数减小； （6）从综合性能和价格考虑添加玻璃微珠最理想，既可提高综合性能，又能降低成本；用超细玻璃微珠改性的超高分子聚乙烯已经应用于矿山等机械中，开发了十几种超高分子聚乙烯制品，应用效果良好。 超高分子量聚硅氧烷在塑料中的效用 返回目录 超高分子量聚硅氧烷在塑料中的效用 超高分子量固态硅氧烷系列产品，在塑料产品加工上，它可提高制品的表面光洁度和表面手感，提高制品的耐磨、抗刮性，提高产品自洁性能。提高材质的均一性，改善低温开裂和高温翘曲现象。提高树脂的加工流动性，改善熔体破裂，提高树脂在高温复杂的模胚中脱模，超高分子量助剂在螺杆中不打滑，不影响产品的后加工如喷涂或粘接。在玻纤增强体系中可有效的消除表面浮纤， 在滑石粉等体系中提高表面光洁度和手感的同时可有效降低注塑扭力。 与传统的低分子量助剂相比，超高分子量固态硅氧烷不会降低产品的力学性能，提高流变分散效能高，不迁移，制品表面不油腻，滑爽、耐磨、自洁效能高，手感好，终身有效。同时固态产品使用方便，不易被污染，也不污染其他物质，有效降低废品率！ 系列产品广泛用于工程塑料改性、注塑产品内脱模、化妆品包装和螺纹瓶盖的加工、拉丝纤维产品的制作、塑料制件表面性能的改善、塑料片材的滑爽抗粘、塑料耐磨件的加工、低烟无卤产品的阻燃协效等。 超高分子聚乙烯加工改性热点 返回目录 超高分子聚乙烯加工改性热点 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）塑料以其特有的加工和使用性能已得到广泛应用。这主要是因为其几乎集中了其他工程塑料的所有优点，其中优异的抗冲击性、耐磨耗性、低温性能、自润滑性和不粘性等尤为突出，是一种综合性能优异的热塑性工程塑料。其制品应用于日用、工业、文体、交通运输、国防、机械等领域的抗冲、减振、防弹、抗疲劳、耐磨、减磨、减阻、防粘等场合。但超高分子聚乙烯（UHMW-PE）同时也存在如熔体流动性差、成型加工困难、耐热性差以及应力开裂等许多缺点。因此，有关其性能研究、改性研究、加工工艺与设备研究成为近年来国内外研究重点。 加工工艺改进拓宽应用领域 目前国内外用于挤出成型超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的生产设备主要以柱塞式挤出机和单螺杆挤出机为主。菲利浦斯公司在卧式柱塞挤出机上配有一套往复液压油缸系统，可使模芯与其填装的物料一起向前浮动，从而降低往复式挤出活塞反复冲击而作用在物料上的剪切力与摩擦力、模芯周期性地快速回缩，重复其与物料特定的向前运动，该设备可用于生产薄壁管材。我国研制的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）系列专用单螺杆挤出机，其主要特点是在料筒内壁开槽，解决料塞问题，再配以专用螺杆，实现了超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的连续稳定挤出，用于对平均相对分子质量为150万～300万的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）制品的加工，可挤出圆棒、片材、丝条、管材等，已成为目前国内外超高分子聚乙烯（UHMW-PE）专用挤出机的典型代表。华北研究所根据超高分子聚乙烯（UHMW-PE）在很宽的温度范围内处于高弹体的特点，提出了“胶塞输送” 机理，即在螺杆加料段螺槽中的物料是被压缩的胶塞，而不是压实的固体塞，这样就解决了固体塞与料筒间摩擦因数小固体输送困难的问题，实现了用普通单螺杆挤出机对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）进行挤出造粒，粒料用普通注塑机注塑成型，其产品质量稳定可靠。 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的烧结成型沿用聚四氟乙烯烧结成型方法，但在烧结过程中制件的收缩变形较大，该法仅可加工形状简单且需后加工的制件。在对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）压缩模塑的研究中，采用一种过氧化物及硅烷交联超高分子聚乙烯（UHMW-PE），可使压缩模塑制品热脱模，成型周期显著缩短。由于 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）熔体流动性差、强度低、收缩率不稳定，因此在热变形加工时对工艺条件要求极为严格，另外超高分子聚乙烯（UHMW-PE）熔体粘度极高，在中空吹塑过程管坯不易下垂，因而适于吹制大型容器。荷兰、美国的公司及我国的中纺公司等均生产超高分子聚乙烯（UHMW-PE）纤维及无纺布，但缺点是耐热性差，有待研究改进。此外，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）还可以像PE那样采用多种工艺制备低发泡制品、中空纤维分离膜、耐磨防粘涂料等。 原料改性研究改善加工性能 针对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）本身固有的缺点，通过改性使其加工性能得到改善，应用领域将会进一步拓宽。目前对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的加工改性研究主要有以下几方面。 ——共混改性超高分子聚乙烯（UHMW-PE）与PE在一定条件下共混可用普通单螺杆挤出机加工，高相对分子质量的PE与超高分子聚乙烯（UHMW-PE）由于粘度相近，共混属于分子间分散，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）性能保持较多；中相对分子质量的PE与超高分子聚乙烯（UHMW-PE）共混较容易，分散状况基本属于海岛结构，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）为分散相；低相对分子质量的PE在与超高分子聚乙烯（UHMW-PE）共混时由于加入量大，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）性能损失较大，此法实用价值不大。 聚酰亚胺树脂具有耐热性好、粘结性优良、高温下强度不降低、耐磨损等特点，与超高分子聚乙烯（UHMW-PE）混合后，可用普通挤出机加工成型。日本专利介绍，在平均相对分子质量100万以上的超高分子聚乙烯（UHMW-PE）中加入0.4%～10%聚酰亚胺树脂进行改性，在普通单螺杆挤出机上挤出圆棒料，其材料的物理、力学性能与用采用模压烧结工艺成型的制品没有明显差别。此外聚丙烯、聚酰胺、弹性体及橡胶也可与超高分子聚乙烯（UHMW-PE）共混改性。 ——润滑剂改性在超高分子聚乙烯（UHMW-PE）中加入润滑剂可以改善其加工性能，但加入量不能太多，否则超高分子聚乙烯（UHMW-PE）性能将会大幅降低。北京化工大学制备的 MS2润滑剂，只需在超高分子聚乙烯（UHMW-PE）中加入0.6%～0.8%，即能显著改善其流动性，使其熔点下降10℃。美国Allicd-Signal公司生产的一种共聚物与硬脂酸盐配合作为超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的润滑剂，效果良好，这种复合润滑剂与超高分子聚乙烯（UHMW-PE） 共混可在普通单螺杆挤出机和注塑机上加工。 ——液晶高分子原位复合清华大学采用原位复合技术，在超高分子聚乙烯（UHMW-PE） 中加入适宜配比的液晶高分子（LCP）和特定助剂，混合均匀后，用通用单螺杆挤出机可顺利进行造粒。 ——其他改性用不同填料对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）进行填充改性，可达到提高硬度、提高阻燃性、改善耐热性、减小收缩率和耐磨性、降低摩擦因数、降低成本等效果。填料一般用硅烷处理，用量不宜超过20%。另外，采用插层法技术用层状无机纳米材料改性超高分子聚乙烯（UHMW-PE），可达到增强等多种改性效果。还可对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）进行接枝改性，如固相接枝法、溶液接枝法、悬浮液接枝法等，以解决有关界面相容问题。 有关专家指出，目前超高分子聚乙烯（UHMW-PE）在各领域应用的产品品种近千种，但其中除板材、管材和纤维外，其余产品均只在小范围、单品种上使用。因此，加大对超高分子聚乙烯（UHMW-PE）改性的研究力度，进一步拓宽其应用领域是当务之急。 超高分子聚乙烯(UHMW-PE)管在工程中的应用 返回目录 超高分子聚乙烯(UHMW-PE)管在工程中的应用 超高分子聚乙烯工程塑料(UHMW-PE)管道技术在我国日渐成熟，越来越多的工程采用了这种管道，成为一种价格适中性能优良的新型热塑性工程塑料，它几乎集中了各种塑料的优点，耐磨抗冲击，自润滑，耐腐蚀、耐低温、卫生无毒、不粘附、不吸水等综合性能。是一种较为理想的管材，被国内冶金、电力、化工等企业广泛采用。 二、管道特性 超高分子聚乙烯工程塑料（UHMW-PE）管道适应水质流体、固体颗粒、粉体、浆体等，传统的金属管道难以满足的要求，超高分子聚乙烯 （UHMW-PE）管道都能替代，以极高的耐腐蚀、高耐磨、自润滑吸收冲击等综合性能，在各行业都有广泛的应用；在固体颗粒、粉末、浆体、气体输送方面，有独一无二的优越性。《塑料管磨损试验研究成报告》指出：下列四种不同材料的管道，在相同管径、流速、试验物料、浓度条件下进行试验，其结果为：玻璃纤维增强聚丙烯管平均年磨损厚度11.5424mm/年；工程级聚丙烯管(PP)13.5828mm/年；超高分子聚乙烯管(UHMW-PE)5.0104mm/年；钢管(A3)36.2424mm/年；试验结果表明，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道耐磨性是钢管(A3)的七倍之多。超高分子聚乙烯塑料（UHMW-PE）管的独特分子结构，具有极高的抗滑动磨擦能力和质轻的优点，单位管长比重仅为钢管重量的八分之一，使装卸、运输、安装更为方便，且能减轻工人的劳动强度，UHMW-PE管道抗老化性极强，50年不易老化。不论地上架空，还是地下埋设均可。安装时无论是焊接或者是法兰连接均可，安全可靠、快捷方便、无需防腐、省工省力，充分体现出使用超高分子聚乙烯管道“节能、环保、经济、高效”的优越性。 三、应用效果 1、超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道在输送高磨损矿浆中的应用。鲁南矿业公司选矿厂年处理量90万吨，矿石性质复杂，为提高精矿品位，三段闭路磨矿、三段平面、高频振动细筛分级、八道磁、重联合选别、最终精矿-200目90%以上，工艺流程复杂，管道用量大，磨损严重。特别是矿石中含有高岭土等矿泥易粘附堵塞管道。为确保正常生产减少因管道造成的开停车时间，该公司工程技术人员一直进行着不间断的探索与尝试，对地上管道进行翻管转向，延长使用寿命。特别是通廊内环境潮湿，钢管腐蚀严重，采用普通高密度塑管代替钢管解决了耐腐蚀，但管道又不耐磨，使用效果一直不够理想。自1999年底采用了超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道，解决了生产当中磨损、腐蚀、堵矿等问题。超高分子聚乙烯（UAMW—PE）管质轻、柔性好。在作业环境狭窄，不便于使用吊车等其它起重设备的作业场地便于人工操作；在产量大、任务紧、停车检修时间短、管道更换量大的情况下应用，大大缩短了工期，减少了人力物力，提高了工作效率。 2001年下半年鲁南矿业公司选矿厂高扬程双线尾矿输送工程，安装运行近两年来，效果良好。工程双线全长为1950m×2，运行压力为1.6MPa。选用的是螺旋焊管和薄壁超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道钢塑复合管，内层为256×8mmUHMW-PE管，利用了此管的耐磨性、摩擦阻力系数小、不粘附性好、耐冲击、自润滑、耐环境应力、开裂性好、抗内压强度高等特点。外层采用了直径273×6mm的钢卷板管作为耐压层，可将整条管线的耐压等级提高到高压力输送。更适应于长距离野外输送，防止外力破坏作用，拓展了应用领域。全线采用了法兰连接方式，法兰的焊接、管道复合全部采用了工厂化生产，使管线安装又快又标准。2002年3月8日双线一次性试车成功。超高分子聚乙烯（UHMW—PE）管，在鲁南矿业公司选矿厂水管道、浆体管道，采矿场的压风管道、排水管道已普遍使用的有直径325×15mm、273×12mm、219×10mm、159×10mm、110×10mm，无缝钢管、铸铁管等正在逐步淘汰。 2、超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道在井下充填中的应用。莱芜矿业有限公司业庄铁矿、谷家台铁矿是山东省内有名的大水矿山，采矿后为了保证治水效果并确保地表不塌陷，必须用充填料充填采空区以支撑采空区顶板。两矿区多年来就充填管道尝试了多种材料，普料钢丝管易安装不耐磨，一般用不了三个月就磨透跑浆影响正常生产。钢管重量大安装不方便，一般只能用六个月左右。高密质耐磨钢塑复合管价格昂贵，安装极不方便。由于是钢管与高密质塑料复合而成的，一旦内壁的高密质塑料管磨坏就会起皮造成堵管。为了彻底解决这几种管道的缺陷，2001年4月选用了超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道，由于质轻搬运、安装方便，巷道转弯不必专门制作弯头，可任意随巷道转弯固定。10月份业庄矿完成2.8万立方米水泥河沙充填料浆。与超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道串联并用的无缝钢管已进行了一次更换。而超高分子聚乙烯管其磨损量仅4.85%，按磨损30%进行更换计算，使用寿命可达3年以上，相当于无缝钢管6倍之多。新材料的应用产生了较好的经济效益。 3、超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道在热电厂粉煤灰管内结垢条件下的应用。我国电力行业粉煤灰排放方式以水力冲灰为主，热电厂水力排灰系统中普遍存在着管内结垢的问题。有些电厂仅一、两年时间灰管内的结垢厚度就可达50-80mm。茌平电厂、广西维尼纶厂等，灰浆经数千米以上管线输送到粉煤灰料场存放，钢管一两年结垢50-70mm，管道每两年酸洗一次（用30%浓度的盐酸外加铁缓蚀剂），除垢后的钢管内表面锈蚀非常严重，表层剥落，底部更甚，入口处100m范围内，结垢、锈蚀更为严重，2001年、2002年两厂分别采用了超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管。利用此管耐磨、耐腐蚀、耐冲击、自润滑、不结垢、耐环境应力开裂性好、抗内压强度高等特点。解决了管道的磨损、结垢、腐蚀等问题，确保生产经济运行。 4、超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道在高磨损、高腐蚀条件下的应用。金堆城化光实业总公司有色金属选矿厂在尾矿中回收钼精矿原采用直径150mm普通钢管，其使用寿命仅在四年左右，加之随着钼精选系统改造完成后，尾矿矿浆量有所增加。为解决这一问题，经过充分论证、计算可采用方案：一是选择高扬程泵；二是更换现有管道增大管径。经过充分论证计算，选择高扬程泵需配套大功率电机，经济上不合算，要更换现在管道，就必需选用耐磨、耐腐蚀的新型管道料，经过进行广泛研究、对比、论证、实地考察，选择了直径(219mm×10mm)超高分子聚乙烯 （UHMW-PE） 管材，全长2600m。2001年12月18日—22日完成了安装工作并投入使用，运行以来取得了预期效果。 经济效益测算：根据超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道的耐磨强度为普通钢管的7倍，普通钢管使用寿命按4年计算: （1）超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道(直径219×10mm)总投资48.92万元，其中安装费1.8万元。 （2）普通钢管(直径219×5mm)按现在价格计算总投资32万元，其中安装费2.45万元，拆除这一部分钢管费用为0.7万元。为了稳妥，超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道使用寿命为20年计算，普通钢管需要更换5次，不考虑时间因素采用静态投资计算，总投资(32+0.7)×5＝163.5万元。 （3）产生经济效益163.5万元－48.9万元＝114.6万元。 同时由于超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道的优异性能，减少了日常维护，降低了检修人员工作强度，产生了较好的经济效益和社会效益。 四、超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道在其他行业的应用 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道之所以在各行业有着广泛的应用，其决定因素是有着独特的性能和特点，使它在诸多管材中脱颖而出，倍受各行业青睐。除前述耐磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、卫生无毒、不吸水、不粘附、不结垢、噪声小、轻便等优点外，还具有优异的抗内压能力、耐环境应力开裂性极优，并具有优异的抵抗快速开裂能力，同时具有独特的耐低温、冲击韧性，其原因在于超高分子聚乙烯（UHMW-PE）的分子质量高达200万以上，其分子质量越高，分子链越长，晶片间的系带分子数越多，耐环境开裂性愈好。同时由于分子链的运动困难，不易生成大的球晶和形成好的序态，表面能就越大，破裂强度也就越高。其较高的重均分子量也是保证较高的抵抗快速能力的关键因素。超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道的这些独特性能，不仅使其在冶金、矿山、电力、化工等行业应用效果好，利用其优异的耐磨性、耐腐蚀性和不粘附性，在热电厂的粉煤灰输送、氧化铝厂的赤泥输送发挥着不可替代的作用。在原油、燃气、天然气、液化气输送上将有着良好的效果。利用其优良的耐冲击性、耐腐蚀性、耐环境应力开裂性、抵抗快速开裂能力、柔性好对于机械振动、地基沉降或发生地震，也能承受一定程度的冲击和变形而不致断裂，因此具有较高的长期安全性。耐低温性极优、可抵抗冷冻破坏具有独特的低温冲击韧性，在寒冷环境和意外冲击力的作用下不会发生脆性破裂，因此在低温环境下的西北、东北等寒冷地区应用该管道输送各种物料的安全性是最为有利的。特别是在南方地区，地下水等其它腐蚀因素对钢管的腐蚀严重，若使用钢管既增加了防腐的费用，其使用寿命和管道的安全性又受到严重影响。而利用超高分子聚乙烯（UHMW-PE）管道代替钢管在压力小于1.6MPa以下的燃气下游管网应用将发挥出非常好的作用。 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）原料生产工艺简介 返回目录 超高分子聚乙烯 采用淤浆法工艺, 可用Mg-Ti高效催化剂, 可进行间歇聚合, 长期运转不需清釜, 聚合产物可达较高分子量, (4.8～5×10)。规模在年产1000吨的装置, 投资约700万元。界区内约450万, 投资回收期在二年内。产品规格及指标:500万及250万分子量。特性粘度＞2200ml/g,密度0.935-0.945g/ml,堆密度0.35-0.4g/ml。冲击强度≥150KJ/平方米, 抗拉强度30～40MPa。断裂伸长率300--400％含水量小于0.2％。本产品为性能优异的热塑性工程塑料, 有特出的抗冲, 耐磨,自润滑等机械性能, 可用于造纸机械, 纺织器材, 化工机械, 物料输送部门以及食品机械, 文体器械, 高强度模量纤维。 什么是超高分子聚乙烯(UHMW-PE) 返回目录 什么是超高分子聚乙烯UHMW-PE 什么是超高分子聚乙烯？ 表一、物理特性
表二
为何应用超高分子聚乙烯？ 超高分子聚乙烯的生产原材料是现有聚合物中最好的。正是由于这个原因，这种聚合物加工的部件更经久耐用，质量更好，这样的优良品质不仅仅体现在设备原装配件中，备用件的质量也获得一致好评。超高分子聚乙烯帮助生产商节省了由于设备检修以及待料造成的停工，改良了设备运行，减少了润滑油的需量，并且取代了相应的钢质部件，从而节省了运行成本。 1、对冲击、摩擦、腐蚀和化学药品的抵抗力和耐久性： 这些主要特性使得超高分子聚乙烯能够应用在十分广泛的领域。它具备非凡的抗冲击性能，甚至于在低温条件下这种优质特性也表现得特别好。 2、各部件的重量减轻： 因为超高分子聚乙烯重力只有0.94，比水还要轻，而且只相当于钢的七分之一。从成本来看，每立方英寸的超高分子聚乙烯只是钢的三分之一。所有这些，再加上长期维护费用的降低，都使得超高分子聚乙烯更加经济实用。它更加易于加工因而更便宜，它的加工包括可打磨、可钻孔、可锯割等等，适用于很多用途。 3、耐磨损性能： 超高分子聚乙烯具备超强的抗冲击能力，这一特性使得它耐磨擦和磨损特性十分出色，而且对破裂应力具有较强的抵抗能力。它的耐磨损性能在所有热塑聚合物中是最好的。 4、滑动摩擦系数： 超高分子聚乙烯在滑动应用中优于钢材，原因在于它的摩擦系数非常低。它的高光滑度降低了热摩擦带来的损伤，而对于钢材来说热摩擦带来的损伤十分严重。超高分子量产品在应用中无需润滑油、维护更简便、设备的操作更加平稳低噪音，因而从实质上减少了在钢材应用中不可避免的损耗。 5、阻（静）音性能 因为超高分子聚乙烯所具有的耐久性和耐磨擦耐冲击性，使得它比钢材具有更好的阻音性能并且不易吸收液体。 6、电绝缘性能 由于超高分子聚乙烯具有高电阻率这一特性，它的电绝缘性能非常好。 7、耐腐蚀性能 超高分子聚乙烯独一无二的特性使得它在许多条件下的应用效果很好，比如说抵抗其他物质的摩擦，以及环境因素（比如摄氏零下的低温、沙石）带来的磨损。 8、零水吸收性能 因为超高分子聚乙烯的水吸收指标几乎为零，因此在水中应用的时候不会发生尺寸变化。另外，超高分子聚乙烯无气孔而且不有机塑料添加剂，这些有效地防止了细菌的滋生。 挤压成型的优势： 一、挤压成型加工的产品更具有强度、更耐磨、更均匀。 二、可粘连 挤压成型的超高分子聚乙烯。能够和橡胶、不锈钢、铝以及其他金属粘连在一起。在金属部分无需任何加固措施。这减少了对所需部件数量的需求，从而降低了成本，节省了安装时间。 三、可嵌入 高密度聚乙烯在成型时还具有另外一个特性，这就是可嵌入。成型时可增加嵌入工序，在成型完成时增加的部件即可和成品结合紧密。这一特性节省了成型后安装嵌入部件的程序，从而降低了相应的成本，同时降低了嵌入部件松落的风险。 超高分子聚乙烯性能简介 返回目录 超高分子聚乙烯性能简介 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）是热塑性工程塑料。它综合了大部分塑料的优越性能，耐冲击、耐低温、耐磨损、耐化学腐蚀、自身润滑、吸收冲击能，这六个特性是目前塑料中所具有的最高数值，近年来这种新型塑料制品在欧美各国得到广泛使用，需求量越来越大。同样，在我国超高分子聚乙烯制品应用也越来越广泛，是我国“九五”计划《优先发展的高新技术产业化重点领域指南》的推广项目。 超高分子聚乙烯采用齐格勒型高效催化剂低压合成法，分子量根据需要控制在150-300万以上。考虑到加工过程分子的热降解，因此具有粘均分子量大于170万的高密度聚乙烯加工成各种制品，才能更加具有优越性能。 1、高耐磨性：在目前所有的工程塑料中UHMW-PE的耐磨性能最好，最引人注目。分子量越高材料就越耐磨，甚至超过许多金属材料（如碳钢、不锈钢、青铜等）。例如UHMW-PE管，在强腐蚀和高磨损条件下使用寿命是钢管的4-6倍，而且提高输送效率20％。充分展现了 "节能、环保、经济、高效"的优越性。 2、耐腐蚀性：在碱液中不受腐蚀，可以在80℃的浓盐酸中应用，在75％的浓硫酸、20％的硝酸中性能稳定，它对海水、液体洗涤剂也很稳定。 3、极低的摩擦系数：静摩擦系数为0.07，自润滑性良好，是一种理想的轴承、轴套、滑块、衬里材料。选用UHMW-PE作为设备的摩擦部件，除可提高耐磨寿命外，还可收到节能效果。 4、抗冲击性：抗冲击性居塑料之首，无论是外力强冲击，还是内部压力波动，都难以使其开裂。其冲击强度是尼龙66的10倍，聚氯乙烯的20倍，聚四氟乙烯的8倍；特别是在低温环境，其冲击强度反而达到最高值，其柔韧性能为输送系统提供了极为安全可靠的保障。 5、抗老化性：性能稳定，抗老化性好，地面、地下埋没均可，50年不老化。按ASTM方法测定（负荷4.6㎏/cm2），热变形温度为85℃，使用温度可达90℃，特殊情况下，允许在更高的温度下使用。UHMW-PE是一种韧性极好的材料，它的耐低温性能也非常优异，在-269℃低温下，仍具有一定的延展性，而没有脆裂迹象。但线膨胀系数较大，导热性很差，所以在设计制品时，要给予充分注意。 6、电性能：体积电阻大，击穿电压达50KV/mm，介电常数为2.3。在较宽的温度及频率范围内，适宜用作电气工程的结构材料。 7、卫生无毒：UHMW-PE无味、无毒、无臭，本身无腐蚀性，具有生理惰性和生理适应性。美国食品与药品管理局（FDA）和美国农业部（USDA）允许它用于与食品和药品接触的场合。 超高分子聚乙烯的缺点： 表面硬度低，机械强度不高，热变形温度较低，耐高温性能较差以及加工困难等。为填补这些不足，可进行相应的改性。 超高分子聚乙烯主要型材介绍 本公司生产和经营的超高分子聚乙烯型材主要有板材、棒材、管材及超高分子聚乙烯薄片等。颜色主要有白、黑、蓝、绿等四种。 另外，本公司生产的防静电超高分子聚乙烯（ESD-UHMW-PE）、防静电聚乙烯（ESD-PE）板材及异型材，已在电子工业、造纸印刷及纺织工业等厂家的净化车间应用，收到了很好的效果。并可以根据客户的使用需要进行生产。 超高分子聚乙烯（UHMW-PE）主要性能指标及用途 返回目录
超高分子聚乙烯制品（UHMW-PE）的应用领域 返回目录 UHMW-PE 超高分子聚乙烯应用领域： 正是由于超高分子聚乙烯本身所具备的优异性能，可广泛应用于： 电力矿山：用作煤仓衬里及石灰石、石膏、硅砂、矿石、碳粉等漏斗衬里和碾磨机衬板、下料（灰）斗、煤矿滑槽； 水泥：水泥料斗衬里、水泥浇筑成形模具；  粮储：粮仓料斗衬里；  化工：化工厂电解槽衬里等； 纺织：纺织机上的踏综杆转子，用超高分子聚乙烯制作的踏杆转子，不需加油润滑，不污染织机，是以塑代钢的新型产品； 冶金、机械：用于制作各种机械零件，如：齿轮、链轮、滚筒、辊子、搅拌浆、泵叶轮、轴瓦、滑动轴承、链条及皮带的护轨，各种耐磨带运输，罐装线等；     食品加工：案板、墙衬、搅拌器；    医疗：人造关节； 码头船闸：码头、船闸防护板；    此外，还用于印刷、文体用品、日用品（抽屉滑道）及军事等诸多领域。 公司采用国外先进技术，生产300-500万分子量的超高分子聚乙烯，生产效率高，产品性能优越，质量可靠。 公司在使用超高分子聚乙烯材料方面有丰富经验。我公司生产的板材耐摩擦、噪音小、滑动好，可用于传送带、罐装生产线、墙衬等诸多方面。除普通板材外，还生产防紫外线、防静电板材；彩色板材不使用带重金属颜料，确保食品加工业的需要。我们愿意为顾客提供各种技术咨询，愿以先进的技术、一流的产品、优质的服务，竭诚奉献广大顾客。 超高分子聚乙烯的机械加工： 超高分子聚乙烯材料可用一般机械、木工机械进行加工。加工时不需要用冷却剂，但要注意排屑，刀具要锋利，不要磨屑和打磨。可以手工、也可以机械攻丝。超高分子聚乙烯材料PE 1000可以剪切，可以对焊；PE 500可用焊条焊接。 常用塑料品种识别方法 返回目录
超高分子聚乙烯（UHMW-PE）简介 返回目录 介绍：超高分子聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMW-PE)，是分子量100万-400万的聚乙烯。 UHMW-PE特点为：极好的耐磨性，良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性，耐热性优于一般PE，缺点是耐热性（热变形温度）低、加工成型性差，外表面硬度，刚性，耐蠕变性不如一般工程塑料，膨胀系数偏大。 UHMW-PE流动性差，熔融状态下粘度极高，是呈橡胶状的高粘弹性体，早期仅能用压制和烧结方法成型，目前也可用挤出、注塑和吹塑方法加工。 UHMW-PE可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料用于纺织、造纸、食品机械、运输、医疗、煤矿、化工等部门 。如纺织工业上技梭器、打梭棒、齿轮、联结 、扫花杆、缓冲块、偏心块、杆轴套、摆动后果等耐冲击磨损零件。造纸工业上做箱盖板、刮水板、压密部件、接头、传动机械的密封轴杆、偏导轮、刮刀、过滤器等；运输工业上做粉状材料的料斗、料仓、滑槽的衬里。UHMW-PE可做各种机械的零部件，包括食品机械的齿轮、蜗轮、蜗杆、轴承。化工中做泵、阀门、档板、滤板。医疗上，还可用于心脏瓣膜、短形外科零件，人工关节及节育植入体。体育上做滑冰地板、滚地球道、滑雪板、机动雪橇零件。UHMW-PE可以做高模量纤维，制造防弹衣、飞机座椅、海运、渔业用绳索等。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||