Proprietățile de bază ale polietilenului cu greutate moleculară ultra-înaltă (UHMWPE)

Polietilen cu greutate moleculară ultra-înaltă (UHMWPE) se referă, în general, la polietilenă cu o masă moleculară relativă de 150 × 104 sau mai mult și este un nou tip de materiale plastice inginerești. Densitatea UHMWPE cu o masă moleculară relativă medie de 200 × 104 este de doar 0,935g/cm3, care este mai mică decât cea a tuturor celorlalte materiale plastice inginerești, în general cu mai mult de 50% mai mic decât cel al PTFE, și cu mai mult de 30% mai mic de cea a paraformaldehidă, astfel încât produsele sale sunt caracterizate de greutate ușoară. UHMWPE are o varietate de proprietăți mecanice excelente, proprietăți fizice, proprietăți chimice, foarte rezistent la uzură, rezistent la coroziune, rezistent la impact, auto-lubrifiant, factor de frecare scăzut, absorbție scăzută a apei, nu ușor de aderat la obiecte străine, igienă și non-toxicitate, reciclare și rezistență la temperatură scăzută etc., în special, rezistența sa la abraziune este deosebit de remarcabilă. Deficiențele sale sunt o rezistență slabă la căldură, duritate scăzută, rezistență scăzută la tracțiune, proprietăți slabe de ignifug.

1. Date de performanță ale UHMWPE

2. Proprietăți mecanice

(1) Rezistența la impact

Puterea de impact a UHMWPE este printre cele mai bune din întreaga plastică de inginerie. UHMWPE poate menține o rezistență excelentă la impact chiar și la temperaturi scăzute și chiar și în azot lichid (-196 ℃), UHMWPE are, de asemenea, o rezistență de impact bună, ceea ce este o caracteristică pe care alte materiale plastice nu o au. Rezistența sa la impact începe să crească odată cu creșterea masei moleculare relative, masa moleculară relativă de 150 × 104 sau mai mult pentru a atinge valoarea maximă, apoi cu masa moleculară relativă a creșterii și a scăderii treptat. Puterea de impact a UHMWPE este de aproximativ 2 ori mai mult decât policarbonatul, ABS de 5 ori, PA, paraformaldehidă și PBT de mai mult de 10 ori.

(2) Rezistența la abraziune

Rezistența la abraziune a UHMWPE de susține lista de materiale plastice, de mai multe ori mai mari decât cea a oțelului carbon și a alamă, iar rezistența la abraziune poate fi îmbunătățită în continuare odată cu creșterea masei moleculare relative. Figura 1-1 arată compararea rezistenței la uzură între UHMWPE și alte materiale. Condițiile de testare sunt următoarele: mortarul este compus din 2 părți de masă de apă și 3 părți de masă de nisip; Viteza de rotație a piesei de testare este de 900R/min; Timpul de rulare este de 7 ore.

Comparația rezistenței la abraziune a UHMWPE cu alte materiale

(3) auto-lubrifierea

UHMWPE are o auto-lubrifiere excelentă și un factor de frecare dinamic scăzut comparabil cu cel al PTFE. Tabelul 1-2 listează compararea factorului de frecare dinamic între UHMWPE și alte materiale plastice de inginerie. Se poate observa că factorul de frecare cinetică a UHMWPE sub ungere de apă este 1/2 din cel al PA66 și POM, iar în condiții non-lubrifiate este al doilea doar pentru PTFE, care are cea mai bună proprietate auto-lubrifiantă în rândul plasticului. Când funcționează sub formă de alunecare sau rotativă, are performanțe alunecă mai bune decât oțelul și alama, cu adăugarea de ulei lubrifiant. Mai mult decât atât, prețul UHMWPE este scăzut, așa că, în domeniul tribologiei, este considerat un material de frecare cu un raport cost-performanță foarte bun.

Comparația factorului de frecare dinamic între UHMWPE și alte materiale plastice de inginerie

(4) Forța de tracțiune

Rezistența la randament de tracțiune a UHMWPE este legată de masa și densitatea moleculară relativă, odată cu creșterea masei moleculare și a densității relative, scăderea rezistenței la tracțiune scade; Cu toate acestea, atunci când densitatea este de 0,94g/cm3 sau masa moleculară relativă este mai mare de 150 × 104, modificarea rezistenței la randament la tracțiune este relativ mică și, practic, tinde să fie o valoare fixă. Rezistența la rupere la tracțiune este legată doar de masa moleculară relativă, iar efectul densității asupra acesteia este practic neglijabil. Spre deosebire de rezistența la randament la tracțiune, odată cu creșterea masei moleculare relative, rezistența la rupere la tracțiune este crescută în consecință.

3. Proprietăți electrice

La fel ca polietilena obișnuită, lanțul molecular al UHMWPE este compus doar din carbon și hidrogen, proprietățile electrice ale UHMWPE sunt independente de mărimea masei moleculare relative, astfel încât are proprietăți excelente de izolare electrică. Rezistivitatea volumului său este de până la 1016 ~ 1018Ω-cm, iar tangenta unghiului de pierdere dielectrică este (2 ~ 3) × 10-4. 4.

4. Proprietăți termice

Rezistența la căldură a UHMWPE nu este ridicată, temperatura de utilizare este în general sub 100 ℃. Cu toate acestea, din cauza masei sale moleculare relative este foarte mare, astfel încât temperatura sa de distorsiune a căldurii și punctul de înmuiere a vicatului sunt mai mari decât cel al HDPE obișnuit, punctul de topire al UHMWPE (136 ℃) este mai mult sau mai puțin același cu cel al HDPE obișnuit, Cu toate acestea, UHMWPE are o rezistență la temperatură scăzută foarte bună, cea mai bună dintre toate materialele plastice, temperatura fragilității este sub -70 ℃, chiar dacă temperatura de heliu lichid (-3 ℃) este sub -70 ℃, iar temperatura temperaturii lichide a heliului lichid (-4 ℃) este sub -70 ℃, iar temperatura temperaturii de heliu lichid este sub -70 ℃. Temperatura fragilității este sub -70 ° C și chiar la temperaturi de heliu lichid (-269 ° C) are încă o anumită rezistență la impact și rezistență la abraziune. Chiar și la temperatura de heliu lichid (-269 ℃), are încă o anumită rezistență la impact și rezistență la abraziune. Intervalul de temperatură de lucru este de la -265 la 100 ℃ și poate menține în continuare o duritate și o rezistență bună, fără fragment, atunci când temperatura este la fel de scăzută de -195 ℃, astfel încât poate fi utilizată în piese de temperatură scăzută, conducte și temperaturi foarte scăzute situații precum industria nucleară.

5. Rezistență chimică

UHMWPE are o rezistență chimică excelentă. Dietan, etilen glicol, benzină, heptan, hexan, ciclohexan, disulfură de carbon, izopentanol, ester etil, metil izobutil cetonă, benzen metanol, etc. Din apariția fenomenelor anomale, performanța diferitelor tipuri de aproape nicio schimbare. Acest lucru se datorează faptului că polietilena cu greutate moleculară ultra-înaltă nu are grup funcțional în structura moleculară și nu există aproape niciun lanț ramificat și o legătură dublă, precum și o cristalinitate ridicată. Cu toate acestea, nu este stabil în acidul sulfuric concentrat, acidul clorhidric concentrat, acidul azotic concentrat, hidrocarburile halogenate și hidrocarburile aromatice și alți solvenți, iar viteza de oxidare crește odată cu creșterea temperaturii.

6. Absorbția apei

Rata de absorbție a apei UHMWPE este cea mai mică dintre materialele plastice de inginerie (vezi tabelul 1-3), ceea ce se datorează faptului că lanțul molecular al UHMWPE este format doar din elemente de carbon și hidrogen și nu există grupă polară în moleculă, Deci, rata de absorbție a apei este extrem de scăzută. Prin urmare, produsele nu se vor schimba ca mărime din cauza absorbției apei, chiar și într -un mediu umed și, în același timp, nu va afecta proprietățile mecanice ale produselor, cum ar fi rezistența de precizie și abraziune, iar materiile prime nu trebuie să fie uscat înainte de modelare și prelucrare.

Absorbția apei a mai multor materiale plastice de inginerie comună

7. Aplicații de polietilenă cu greutate moleculară ultra-înaltă

Cu cele mai bune performanțe generale, UHMWPE a fost utilizat pe scară largă în câmpurile de utilaje, aparate electrice, containere de ambalare, echipamente chimice, transport, depozitare și transport de materiale, conducte de transport, echipamente medicale și sportive, etc. Produsele principale sunt: ​​coli, conducte, tije și produse finite. Principalele produse sunt: ​​farfurii, conducte, tije și produse finite, care includ angrenaje, rulmenți, bucșe, role, șine de ghidare, glisoare, garnituri și așa mai departe. Din tehnologia de procesare a produselor poate fi împărțită în modelare, prelucrare, extrudare, modelare prin injecție, ștampilare, modelare a loviturilor, modelare cu role, modelare termoplastică de prelucrare și modelare a desenului de sârmă.