超高分子量聚乙烯特性與應(yīng)用研究

鞏玉紅

摘要：本文對(duì)超高分子量聚乙烯的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析研究，并闡明了其相關(guān)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超高分子量聚乙烯;性能;應(yīng)用

隨著環(huán)保要求的不斷提高，廢舊塑料的處理日益成了問題，特別是工程塑料的處理，因?yàn)樵S多工程塑料為了滿足使用性能的要求，其基體樹脂分子結(jié)構(gòu)中常含有苯環(huán)，這就為最終無害化處理帶來了麻煩，而超高分子量聚乙烯不僅具有傳統(tǒng)工程塑料的優(yōu)異使用性能，而且環(huán)境友好性高，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1超高分子量聚乙烯的特性

1.1超高分子量聚乙烯結(jié)構(gòu)特性

超高分子量聚乙烯是一種分子量極高的熱塑性塑料，其粘均分子量大于150萬或重均分子量大于300萬的一種線型聚乙烯。超高分子量聚乙烯與普通PE具有相同的分子結(jié)構(gòu)，主鏈鏈節(jié)均為（CH2-CH2），與通用聚乙烯相對(duì)分子質(zhì)量?jī)H為（2萬～30 萬）比較，其分子量十分巨大，分子鏈很長(zhǎng)且無側(cè)鏈，相鄰兩個(gè)鏈之間存在著微弱的范德華力，分子鏈柔順性較好，故超高分子量聚乙烯具有一些普通聚乙烯及其它一些工程塑料所不具有的獨(dú)特優(yōu)異性能，但是由于其分子鏈長(zhǎng)，發(fā)生大量纏結(jié)，長(zhǎng)鏈流動(dòng)性差，導(dǎo)致了其加工非常困難。

1.2超高分子量聚乙烯性能特點(diǎn)

超高分子量聚乙烯具有其它常規(guī)分子量聚乙烯所不具備的優(yōu)越的機(jī)械性能，其耐磨性位居塑料之首，其耐磨性能是普通聚乙烯的數(shù)十倍以上，摩擦系數(shù)也比其它工程塑料小，可以與聚四氟乙烯相媲美，是理想的潤(rùn)滑材料。

超高分子量聚乙烯具有優(yōu)良的抗水性能，其吸水率在工程塑料中是最小的。其耐沖擊性能也是目前工程塑料中最高的，比聚碳酸酯還要高3～5倍。由于超高分子量聚乙烯分子結(jié)構(gòu)以直鏈為主，其拉伸強(qiáng)度高達(dá)3～3.5GPa，拉伸彈性模量高達(dá)100～125GPa。

超高分子量聚乙烯還具有優(yōu)良耐化學(xué)藥品性，在一定溫度、濃度范圍內(nèi)能耐各種腐蝕性介質(zhì)及有機(jī)溶劑。優(yōu)良的耐低溫沖擊性能，良好的不粘性、無毒、優(yōu)良的電氣絕緣性能等。

1.3超高分子量聚乙烯加工特性

由于分子量大、分子鏈間纏繞以及分子間力的影響，超高分子量聚乙烯鏈段在加熱下也不易運(yùn)動(dòng)，并且在熔融時(shí)呈凝膠彈性體粘度大、流動(dòng)性極差。由于臨界剪切速率很低的原因， 超高分子量聚乙烯加工極其困難，和普通聚乙烯等一般熱塑性塑料截然不同，易形成“料塞”，易在加料段打滑，擠出速度不能快，否則會(huì)造成熔體破裂，注射成型時(shí)，會(huì)引起氣孔和脫層現(xiàn)象，成型溫度范圍窄，易氧化降解等。

2超高分子量聚乙烯的應(yīng)用

2.1超高分子量聚乙烯管材

以超高分子量聚乙烯為基礎(chǔ)原料制造的塑料管材具有耐磨、抗沖擊、耐腐蝕、自潤(rùn)滑、 不結(jié)垢等特點(diǎn)，成為適合輸送固液混合物、固體粉末、液體、氣體等介質(zhì)的理想管材。超高分子量聚乙烯管材目前已經(jīng)在礦山、鋼鐵、冶金、火電、油田等行業(yè)得到成功應(yīng)用，效果卓著，深受用戶的好評(píng)。其無可比擬的綜合使用性能逐步體現(xiàn)，其推廣應(yīng)用完全符合國(guó)家的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)政策，具有廣闊的發(fā)展前景。

2.2超高分子量聚乙烯纖維

高性能纖維材料逐漸取代了傳統(tǒng)的鋼鐵和陶瓷而成為主流防彈材料，這些纖維中又包括碳纖維、對(duì)位芳綸以及超高分子量聚乙烯纖維等。它們?cè)诜缽楊I(lǐng)域主要應(yīng)用于防彈衣、防彈裝甲和防彈頭盔，其中超高分子量聚乙烯纖維因優(yōu)越的防彈性能而備受關(guān)注。其纖維具有高度取向的伸直鏈結(jié)構(gòu)，與碳纖維、芳綸相比，其強(qiáng)度更高，質(zhì)量更輕，化學(xué)穩(wěn)定性更好，具有很強(qiáng)的化學(xué)惰性，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液及有機(jī)溶劑對(duì)其強(qiáng)度幾乎無任何影響。具有很好的耐候性，經(jīng)1500 h日曬后，纖維強(qiáng)度保持率達(dá)80%，耐紫外性能非常優(yōu)越。耐低溫性好，使用溫度可低至-150℃。此外，超高分子量聚乙烯纖維的耐磨耐彎曲性能、抗張力疲勞性能、抗切割性能等也是現(xiàn)有高性能纖維中最強(qiáng)的，在安全、防護(hù)、航空航天、國(guó)防裝備、車輛制造、造船、體育界等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。在民用工業(yè)領(lǐng)域，超高分子量聚乙烯纖維作為抗沖擊、減震材料及高性能輕質(zhì)復(fù)合材料也有著廣闊的應(yīng)用前景。

在民用領(lǐng)域，超高分子量聚乙烯纖維制成的繩索、纜繩、船帆和漁具適用于海洋工程，在自重下的斷裂長(zhǎng)度是鋼繩的8倍，是芳綸的2倍。超高分子量聚乙烯繩索用于超級(jí)油輪、海洋操作平臺(tái)、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和斷裂，需經(jīng)常進(jìn)行更換的問題。

2.3超高分子量聚乙烯薄膜

將超高分子量聚乙烯溶解在揮發(fā)溶劑中，連續(xù)擠出，然后經(jīng)一個(gè)熱可逆凝膠/結(jié)晶過程，使其成為一種濕潤(rùn)的凝膠膜，蒸除溶劑使膜干燥。由于已形成的骨架結(jié)構(gòu)限制了凝膠的收縮，在干燥過程中產(chǎn)生微孔，經(jīng)雙軸拉伸達(dá)到最大空隙率而不破壞完整的多孔結(jié)構(gòu)。這種材料可用作防水、通氧織物和耐化學(xué)品服裝，也可用作超濾/微量過濾膜、復(fù)合薄膜和蓄電池隔板等。與其它方法相比，由此法制備的多孔超高分子量聚乙烯膜具有最佳的孔徑、強(qiáng)度和厚度等綜合性能。

2.4其他

在醫(yī)學(xué)方面，用于牙托材料、醫(yī)用移植物和整形縫合等領(lǐng)域，它的生物相容性和耐久性都較好，并具有高的穩(wěn)定性，不會(huì)引起過敏，已作臨床應(yīng)用。還用于醫(yī)用手套和其他醫(yī)療措施等方面。

3結(jié)束語

耐高溫、耐磨、導(dǎo)電和電磁屏蔽等高性能化的工程塑料產(chǎn)品有很大的發(fā)展空間。由于超高分子量聚乙烯具有很多工程塑料無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，隨著國(guó)產(chǎn)超高分子量聚乙烯加工技術(shù)的日益成熟，必將帶動(dòng)超高分子量聚乙烯產(chǎn)品在國(guó)防和民用領(lǐng)域的研究和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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