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超高分子量聚乙烯的研发制备

此材料由上海化工院开发,它是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料,与传统塑料相比,它具有良好的热性能、极强的耐磨性、极高的耐冲击性、优良的化学稳定性、优异的自润滑性、对生物无毒性、 表面非附着性以及吸能抗静电等其他特性,有极大的工程应用价值;并能针对企业的要求对超高分子量聚乙烯材料做针对性的改性,以满足各个行业的应用。

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中试

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一、技术背景

它是是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。超高分子量聚乙烯的发展十分迅速,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%。2007-2009年中国逐步成为世界工程塑料工厂,超分子量聚乙烯产业发展更是十分迅速。


二、应用及其影响

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是由乙烯、丁二烯单体在齐格勒催化剂的作用下低压聚合而成的粘均分子量大于150万的热塑性工程塑料。该品综性能优越,耐磨损、耐低温、耐腐蚀、自身润滑、抗冲击等性能优异,可长期在一269一+8O℃条件下工作,被称为“令人惊异”的工程塑料。本技术方案能针对企业的要求对超高分子量聚乙烯材料做针对性的改性,以满足各个行业的应用。


三、技术优势

与传统塑料相比,超高分子量聚乙烯的特性如下:

  • 良好的热性能

超高分子量聚乙烯为密度0.94g/cm3的热塑性塑料。高密度聚乙烯分子量超过50万时,脆化温度降至-140℃。产品耐低温性能优异,其耐冲击性、耐磨性在零下269℃时基本不变,是目前唯一可以在接近绝对零度的温度下工作的一种工程塑料。

  • 极强的耐磨性

UHMW-PE制品的独特分子结构,使它具有极高的抗滑动摩擦能力。耐磨性高于一般的金属和塑料制品,约为碳钢的6.6倍、不锈钢的5.5倍、黄铜的27倍、酚醛树脂的17倍、尼龙66的6倍、聚四氟乙烯的5倍。高耐磨性大幅度提高了材料的使用寿命。

  • 极高的耐冲击性

UHMW-PE的抗冲击性和吸收冲击能居塑料之首。无论外力强冲击,还是内压力波动,都难以使其开裂。特别是在低温环境下,其耐冲击强度反而达到最高值。在现有的工程塑料中该品的抗冲击韧性值最高。许多材料在严重或反复爆炸的冲击中会裂纹、破损、破碎或表面应力疲劳,该品按照GB1843标准,进行悬臂粱冲击试验达到无破坏。

  • 优良的化学稳定性

UHMW PE制品耐烈性化学物质的侵蚀,除对某些强酸在高温下有轻微腐蚀外,在其它的碱液、酸液中不受腐蚀。在温度小于80℃的浓盐酸、浓度小于75的硫酸、浓度小于20的硝酸中性能相当稳定,施工中不需要涂刷防腐涂料。

  • 优异的自润滑性

利用纳米技术对其进行改性,可以大幅度减少UHMW-PE分子链的缠结,起到了自润滑作用。由于制品内含蜡状物质,摩擦系数(196N,2h)仅为0.219MN/m(GB3960),且自润滑很好。自身滑动性能优于用于润滑的碳钢或黄铜。特别是在环境恶劣、粉尘、泥沙多的地方,UHMW-PE制品的自身润滑性更充分地显示出来。不但能运动自如,且保护相关工件不磨损或拉伤。

  • 对生物无毒性

UHMW-PE制品是少数几种对生物完全无毒、无味、无嗅的塑料制品,符合国家安全卫生标准。直接用于食品机械、医药行业可替代昂贵的不锈钢管输送物料,特别适用于制作人工关节、骨骼等。

  • 表面非附着性

UHMW PE制品由于摩擦系数小和无极性,因此具有很好的表面非附着性。现有的材料一般在pH值9以上的介质中均会结垢,UHMW-PE制品则不结垢,这一特性对火电站用于排粉煤灰系统有重大意义。在原油、泥浆等输送管道方面也非常适用。优异的力学性能,断裂伸长率高达400%,低温冲击强度仍保持高达150KJ/m2,摩擦系数0.07-0.11,磨损率仅为其它塑料的10%-20%,不结垢。

  • 其它特性

UHMW-PE制品有吸能、吸噪音、抗静电、对中子具有屏蔽能力,不吸水、比重轻、易机械加工、可着色等突出特点。还具有优良的耐环境应力开裂、抵抗快速开裂能力,电绝缘性、耐疲劳性、耐高温蠕变性、耐7射线等,使其在各行业有广泛地应用需求。根据各种不同的需要,加入添加剂进行改性,可增加强度、阻燃性等。


四、效果指标

目前,该方案已通过中试,进入了生试阶段。实验效果与指标如下表所示:


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