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超高分子量聚乙烯的具体介绍     2011-03-18
超高分子量聚乙烯的具体介绍
    超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一种新型热塑性工程塑料,它的分子结构和普通聚乙烯完全相同,普通聚乙烯的分子量一般在4万~12万,而超高分子量聚乙烯可达到100~400万。随着分子量的大幅度升高,树脂的某些性能会发生突变,比如耐磨性佳;抗冲击性强,而且在低温时抗冲击强度仍保持较高数值自润滑性好等。UHMW一PE可以而且在取代碳钢、不锈钢、青铜等,用于纺织、造纸、食品机械、运输、陶瓷、煤炭等领域。目前,上超高分子量聚乙烯年生产能力为8万吨。UHMW-PE年生产能力为一万吨。
成型加工技术与工艺
    由于UHMW-PE流动性差,熔融状态下粘度高,很难用一般的方法加工。压制烧结成型是UHMW-PE较早的加工方法,它是将UHMW-pE粉末置于模具中,加压制成有一定强度和密度的坯件,然后在规定的温度下烧结成型。挤出成型是采用柱塞挤出机对UHMW一PE加工成型,可看作是连续的压制烧结。活塞的往复运动提供了巨大的挤出压力,但筒内UHMW一PE塑化效果差,生产效率低,不易加工成较大制品。日本三并石油化工公司1974年开发出注射成型工艺,并于1976年实现工业化。注射成型时物料在高压下呈喷射流动状,利于充模,使制品保持尺寸稳定。
发展状况
    生产情况 上UHMW一PE生产及应用至今已有30多年的历史。近10年随着加工技术的不断发展,其产量和消费量不断增长:1989年消耗量为5万吨,1995年市场销售量达到6万吨。蒙特尔是UHMW-pE主要生产商,它在北美有一家年生产能力为1.6万吨的工厂,1997年其年产能力从1.6万吨增至2.7万吨。目前,蒙特尔在北美拥有47%的市场份额,在其它地区的销售量不是很多。该公司目前研究与开发重点集中在现有产品改性方面。荷兰DMS公司和日本三井公司的UHMW一PE生产规模都比较小。除生产常规牌号外,还提供特殊牌号(如注射成型牌号,纤维牌号和超细UHMW- PE)。需求情况1997年,市场UHMW-PE需求量约为6万吨,其中,北美占56%,西欧占34%。与北美及西欧良好的开发市场相比,UHMW -pE在亚洲的消费量很小,仅占10% 。在亚洲
各中,日本年消费量较大,约为2000吨。
开发情况
    于70年代末开始研制超高分量聚乙烯。当时的研究单位有上海高桥化工厂、安徽化工研究院、广州塑料厂等,但皆因技术不过关,树脂分子量只能达到150万左右。北京助剂二厂在年产8OOO吨低压聚乙烯装置上生产超高分子量树脂,产量从1000吨逐年增加,目前该厂年生产能力已达一万吨。该广把研究与开发重点放在改进产品质量方面。目前其产品的内在质量(如分子量、堆密度、抗张强度、断裂伸长率等)可达到日本三井240M、340M和德赫司特公司GUR432牌号水平。
1996年UHMW一PE总需求量约为2000吨左右,基本由北京助剂二厂供应,产品主要应用在纺织、机械设备、造纸、食品、运输等方面。其中,板材占60%,型材占25%,过滤器材占15%。按用途分,村里占60%,造纸行业占15%,过滤器占15%,其它占10%。近年来UHMW一PE的加工技术有了重大突破,由较初的烧结压制成型发展到专用设备挤出成型,由较初的烧结压制成型,应用领域也不断扩大。如UHMW-PE已在纺织、造纸、包装、运输、机械、化工、采矿、石油、农业、建筑、电气、食品、医疗、体育等领域得到了广泛应用。
    纺织机械 纺织机械是UHMW-PE较早应用的领域。目前,在每台纺织机械上应用的UHMW-PE零件平均有30件左右,如投梭器、打梭棒、齿轮、连结器、扫花杆、缓冲块、偏心块、杆轴套、摆动后梁等零件。使用超高分子量聚乙烯皮结代替水牛皮结,其耐冲击次数由原来的100万次增加到500~600万次。造纸机械是UHMW-PE的主要领域。UHMW-PE磨擦系数低而且耐磨。因此,用它做造纸机上水箱的盖板及刮水板、压密部件、接头等,可以延长造纸机上聚酯网的寿命,节省更换新网的费用,减少停机造成的损失。此外,UHMW-PE也可用来制造造纸机械的密封轴杆、偏导轮、刮刀、过滤器等部件。目前,造纸工业所需UHMW-PE量占其总消费量的10%。
    包装储运UHMW一PE具有优良的化学稳定性和不吸水性,可用作各种溶液存储设备的铺面材料和大型包装容器。特别是UHMW一PE具有无毒、耐水等优点,可作为直接与食品接触材料,用来制作食品装瓶自动包装线上的零部件,能防止瓶子破裂,减少噪音,提高工作效率。此外,UHMW一PE可制作装煤、水泥、石灰、矿粉、盐、谷物之类粉状材料的料斗、料仓、滑槽的衬里由于它具有优良的自润滑性及不粘性,可使上述粉状材料对储运设备不发生粘附现象,保证稳定运输。采用UHMW-PE制造煤场和粮食加工厂的输送管道,比金属材料使用寿命提高10~50倍,并且大大降低成本、提高输送效率。
    农业及建筑机械 UHMW-PE自润滑性优异,泥土在其表不会发生粘着,而且其耐磨损性优良,用它来制造农业和建筑机械的零部件,可大幅度提高工作效率,减少能耗。用其制造农业收割机的齿轮,比钢制品便宜1/3,而使用寿命延长2倍以上。
    此外,UHMW一PE在医疗上还可用于矫形外科零件、人工关节等,是理想的医用高分子材料,从使用性能上看由UHMW-PE制成的人工髋关节,耐磨性和安全性比PTFE更为优异。UHMW一PE具有优异的耐低温性能,可应用于各种冷冻机械,并可作为核工业的耐低温部件,也可用作原子能发电站的遮蔽板。UHMW一PE电缘性能良好,可制造酸性铅蓄电池隔板(膜)。UHMW-PE纤维强度为钢丝的10倍,碳纤维的2倍,抗张强度为150~350kg/平方厘米,抗张模量为8000~10000kg/平方厘米,在防、民用方面均有广阔的用途(如制造防弹衣、飞机座椅、海运和渔业用绳索等)。利用其自润滑性、耐磨性和耐寒注,可以制造滑冰、滑雪。水上运动等体育器材的零部件。
    超高分子量聚乙烯具有其它工程塑料无法比拟的耐磨性。耐冲性、耐化学药品、自润滑等性能,在民经济的各个领域,尤其是耐磨输送、设备衬里、各种机械零部件等方面的应用具有特优势、其产品的开发和应用具有广阔的前景,新应用领域(如汽车领域)的开发,正受到人们的关注。
    但由于其熔融粘度高,加工难度大,长期以来,外对其加工主要采用类似加工聚四氟乙烯的庄制烧结和住塞挤出成型方法加工,生产效率较低,从而限制了该产品的推广应用。为此,可考虑结合情,同时引进经验和技术,并根据深加上产品市场需求,研制出适合深加工产品需要的加工设备及技术。另外,适应工业产品多样化的要求,当前的发展方向是实现特殊工程塑料的通用化。为获得高附加值的产品,必须开拓市场,向生产技术含量高的新领域扩展,以满足社会需求。
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