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超高分子量聚乙烯(UHMWPE)耐磨材料的綜述報告

目錄:行業新聞發布時間:2018-02-05 16:40:40點擊率:

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   超高分子量聚乙烯,英文名稱Ultra-High Molecular Weight Polyethylene(簡稱UHMWPE),是一種線型結構的具有優異綜合性能的熱塑性工程塑料,它的分子結構和普通聚乙烯完全相同,在分子主鍊上帶有(-CH2-CH2-)的鍊節,并具有106以上極大的分子量。因其相對于其它工程材料而言,具有優異的耐磨性、自潤滑性和耐沖擊性等獨特性能而廣泛應用于通用機械、農業機械、紡織機械、汽車、采礦、造紙、化工、食品工業等作不粘、耐磨、低噪音和自潤滑部件等領域。此外還可用作特種薄膜、大型容器、大型異形管材和闆材等,用于貨物裝卸溜槽、漏鬥、貨倉的襯裡。

1.UHMWPE的基本性能

   超高分子量聚乙烯一般是指相對分子質量在 100萬以上的聚乙烯,德國生産的超高分子量聚乙烯相對分子質量早已高達1000萬以上。它具有以下優點:(1)耐磨損非常卓越,砂漿磨損試驗表明,比一般碳鋼和銅等金屬要耐磨數倍、比尼龍耐磨 4倍;(2)沖擊強度極高,比 PA6和 PP大 10倍;(3)能吸收震動沖擊和防噪聲;(4)摩擦系數很低,遠較尼龍及其他塑料為小,能潤滑;(5)不易粘附異物,滑動時有極優良的抗粘着特性;(6)耐化學腐蝕,病可屏蔽原子輻射;(7)工作溫度範圍可自 - 265℃到 +100℃,低溫到 - 195℃時,仍能保持很好的韌性和強度,不緻脆裂;(8)無毒性、無污染、可再循環回收利用,和其他塑料相比有良好的熱穩定性和不吸水性,能保持尺寸精度不變形;(9)成本低廉。因此在工程塑料中超高分子量聚乙烯是綜合性能最佳的工程塑料,它幾乎集中了各種塑料的優點。事實上,目前還沒有一種單純的高分子材料兼有如此衆多的優異性能。但它也有不足之處,主要在于耐溫性能差、硬度低、拉伸強度低以及阻燃性能差等。

2.UHMWPE曆史發展概況及現狀評述

   上世紀30年代最早有人提出關于超高分子量聚乙烯纖維的基礎理論,随後凝膠紡絲法和增塑紡絲法的出現使超高分子量聚乙烯在技術上取得重大突破,UHMWPE于1958年由德國科學家齊格勒博士首先研制出來,到60年代末國外實現了工業化生産,接着在上世紀70年代,英國利茲大學的Capaccio和Ward首先研制成功分子量為10萬的高分子量聚乙烯纖維。

我國是在1964年研制成功并投入工業生産;1975年荷蘭利用十氫萘做溶劑發明了凝膠紡絲法(Gelspinning),成功制備出了UHMWPE纖維,并于1979年申請了專利。此後經過十年的努力研究,證實凝膠紡絲法是制造高強聚乙烯纖維的有效方法,具有工業化前途。1983年日本采用凝膠擠壓超倍拉伸法,以石蠟作溶劑,生産超高分子量聚乙烯纖維。

UHMWPE的發展十分迅速,80年代以前,世界平均年增長率為8.5%,進入80年代以後,增長率高達15%~20%,而我國的平均年增長率在30%以上。1978年世界消耗量為12,000~12,500噸,而到1990年世界需求量約5萬噸,其中美國占70%。2007-2009年中國逐步成為世界工程塑料工廠,超分子量聚乙烯産業發展更是十分迅速。其中超高分子量聚乙烯管材在2001年被科學技術部國科計字(2000)056号文件列為國家科技成果重點推廣計劃,屬化工類新材料、新産品。國家計委科技部将超高分子量聚乙烯管材列為當前優先發展的高科技産業重點領域項目。

随着應用領域的開發和新技術水平的不斷提高,超高分子量聚乙烯的應用範圍不斷擴展, 需求也再不斷增大。由于現階段很多超高分子量聚乙烯高端産品都用于軍事用途和高科技領域發達國家和少數幾個掌握核心技術的公司對超高分子量聚乙烯催化劑的制備技術嚴格保密,國内外對于超高分子量聚乙烯催化劑制備方面的報道很少。近年來随着超高分子量聚乙烯民用方面用途的擴展, 超高分子量聚乙烯催化劑方面的專利數量有所上升,但總體來說數量仍然較少。國外的赫徹斯特股份公司和三星綜合化學株式會社都再國内申請了專利,基本上都是用改進後的傳統催化劑制備超高分子量聚乙産品,利用催化劑組分的改變和聚合工藝的優化調節聚合物性能國内超高分子量聚乙烯近年來發展很快, 超高分子量聚乙烯催化劑制備技術也得到了長足的發展目前,能看到的文獻報道的技術大多是用改進的 Ziegler-Natta 催化劑為主值得一提的是,有報道稱日本旭化成公司最近已開發出以茂金屬催化劑為基礎的超高分子量聚乙烯催化劑,并開始向市場發展。

 近年來UHMWPE 的加工技術也有了重大突破,由最初的燒結壓制成型發展到專用設備擠出成型,應用領域也不斷擴大。但在研究過程中發現UHMWPE雖然擁有很多其它工程塑料無法達到的一些優良性能,但其具有的一些缺點也比較明顯,如其熔副指數(接近于零)極低,熔點高(190-210℃)、粘度大、流動性差而極難加工成型,另外與其它工程塑料相比,具有表面硬度低和熱變形溫度低、彎曲強度和蠕變性能較差、抗磨粒磨損能力差、強度低等缺點,影響了其使用效果和應用範圍。

   為了克服UHMWPE的這些缺點,彌補這些不足,使其在條件要求較高的某些場所得到應用,目前采用的普遍方法是對其進行改性,常用的改性方法有物理改性、化學改性、聚合物填充改性、UHMWPE增強改勝等。改性的日的是在不影響UHMWPE主要性能的基礎上提高其熔體流動性,或針對UHMWPE自身性能的缺陷進行複合改性,如改進熔體流動性、耐熱性、抗靜電性、阻燃性及表面硬度等,使其能在專用設備上或通用設備上成型加工。

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