超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的应用及加工技术

《燕山石化公司2012年度情报论文第号》超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的应用及加工技术尹伟超树脂应用研究所2012.12.27目录1.UHMWPE的性能及应用................................................................................................................................11.1UHMWPE的性能................................................................................................................................11.2UHMWPE的应用................................................................................................................................21.2.1以耐磨性和耐冲击性为主的应用.....................................................................................21.2.2以自润滑性和不粘性为主的应用.....................................................................................31.2.3以耐腐蚀性和不吸水性为主的应用.................................................................................41.2.4以卫生无毒性为主的应用.................................................................................................42.UHMWPE的加工特点及加工技术................................................................................................................42.1UHMWPE的加工特点........................................................................................................................42.2UHMWPE的加工技术........................................................................................................................52.2.1模压成型.............................................................................................................................52.2.2挤出成型.............................................................................................................................52.2.3注塑成型.............................................................................................................................72.2.4UHMWPE纤维的纺丝工艺....................................................................................................82.3几种新型挤出方法.......................................................................................................................102.3.1UHMWPE的近熔点挤出技术..............................................................................................102.3.2超高分子量聚乙烯加工中的亚稳性现象.......................................................................112.3.3气体辅助挤出成型技术...................................................................................................112.3.4超支化聚(酯－酰胺)对UHMWPE的加工流动改性.........................................................122.3.5数值模拟UHMWPE的柱塞挤出.........................................................................................123.结论...........................................................................................................................................................13参考文献.......................................................................................................................................................141超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的应用及加工技术摘要：超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料，广泛应用在纺织、造纸、包装、运输、化工、采矿、石油、建筑、电气、食品、医疗、体育、船舶、汽车等领域。由于其相对分子质量大，UHMWPE具有流动性差，临界剪切速率低，分子链易发生断裂等特点，加工困难。本文对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的应用及模压成型、挤出成型、注塑成型、纺丝等加工技术进行了介绍，并特别介绍了近熔点挤出、气体辅助挤出、超支化合物改性等几种较为新颖的UHMWPE加工技术。关键词：UHMWPE，加工，进展，应用超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料。最早由美国AlliedChemical公司于1957年实现工业化，此后德国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也相继投入工业化生产。我国上海高桥化工厂于1964年最早研制成功并投入工业化生产，20世纪70年代后期又有广州塑料厂和北京助剂二厂投入生产。目前，各国树脂的生产都是采用齐格勒型高效催化剂低压法合成的。1.UHMWPE的性能及应用1.1UHMWPE的性能[1]1.磨耗性能UHMWPE的耐磨耗性能居塑料之首，比尼龙66和聚四氟乙烯高4倍，比碳钢高5倍。2.冲击性能UHMWPE的冲击强度是市售工程塑料中最高的，为聚碳酸脂（PC）的2倍，ABS的5倍，且能在液氮温度（－196℃）下保持高韧性。3.润滑性能UHMWPE的摩擦系数仅为0.07～0.11，可与聚四氟乙烯相媲美，是理想的自润滑材料。4.抗化学药品腐蚀性UHMWPE的化学稳定性很高，在一定温度和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质及有机溶剂介质的作用。5.耐低温性能UHMWPE具有极佳的耐低温性能，在液氦温度（－269℃）下仍具有延展性。6.耐应力开裂性能一般聚乙烯耐应力开裂能力较差，而UHMWPE则具有优良的耐应力开裂性能，且抵抗开裂的能力2随分子量增加而逐渐提高。7.抗黏附能力UHMWPE的抗黏附能力极强，仅次于聚四氟乙烯。8.电绝缘性UHMWPE与其他聚烯烃相比，具有良好的电性能和介电性能，介电损耗率在50～100MHz范围内为1～2×104。9.卫生性UHMWPE安全、卫生、无毒，可用于接触食品和药物方面产品。另外，UHMWPE还具有消音、质轻、耐疲劳、耐伽玛辐射性等许多优异的性能。1.2UHMWPE的应用[2]目前UHMWPE已在纺织、造纸、包装、运输、进写、化工、采矿、石油、建筑、电气、食品、医疗、体育等领域得到广泛的应用，并开始进入常规兵器、船舶、汽车等领域。今后还将扩大到宇航和原子能等领域。1.2.1以耐磨性和耐冲击性为主的应用1.纺织机械纺织机械是UHMWPE最早应用的领域，早在1958年，就有几家公司用UHMWPE制造防止机械零件，如取代韧性材料中最耐用的水牛皮制作的织机上的皮结，承受40～180次／min长期振动冲击，其寿命可达水牛皮结的5～6倍。目前，国外在每台织机上应用的UHMWPE零件平均有30件左右，如投梭器、打梭棒、齿轮、联结器、扫花杆、缓冲块、杆轴套、摆动后梁等耐冲击磨损零件。2.造纸机械造纸机械是应用UHMWPE的第二个工业领域，约在1960年，在一台削木机的传送装置上第一次安装了UHMWPE防磨条，对底板和链条起到良好的保护作用，使用5年基本上无磨损。据估计，防磨条的寿命要比链条的寿命高一倍以上，UHMWPE和不锈钢、枫木、浇铸型聚氨脂及层压酚醛塑料等耐磨材料都层作为吸水箱盖板使用，但重要的是UHMWPE盖板对吸水箱上不锈钢丝网的阻力大大低于其它材料，因此可使昂贵的不锈钢丝网的使用寿命延长。今天，造纸工业所需UHMWPE用量占总量的10％，如采用UHMWPE制造造纸机的刮水板、吸水箱盖板、压密部件、接头等；此外UHMWPE也可用来制造造纸机械的密封轴杆、偏导轮、刮刀、过滤器等零部件。33.包装机械UHMWPE的高耐磨性、低摩擦因数和不粘性，使其在包装机械中比某些金属和其它塑料更适用，可代替磷青铜和氟塑料。用UHMWPE取代改性氟塑料制作导轨、传送装置的滑块座、固定板等，不仅大大降低了设备投资费用，而且可延长使用寿命10～50倍。一条液体洗涤剂生产线装置上的计时星轮，用UHMWPE取代原来的层压热固性塑料后，使过去易磨损、易划伤瓶且容易变软的问题迎刃而解，大大减少了备用件费用，有UHMWPE制造的计时螺杆，也已在许多装瓶线上作为标准部件使用。西方一个大啤酒厂，用UHMWPE制作了一条约1.6km长的板带式瓶子传送带，比用磷青铜制作的传送带耐用几倍。国外一个汽车组装厂的输送线上，链条驱动链轮使小车在钢板传送平台上运动，由于链条与钢板的摩擦，链条极易损坏。采用UHMWPE板材替换钢板，使磨损大大降低，同时也减少了动力消耗。4.通用机械由于UHMWPE具有优良的耐磨性、耐冲击性，它在机械制造行业中得到广泛应用，可制作各种齿轮、凸轮、叶轮、滚轮、滑轮、轴承、轴瓦、轴套、削轴、垫片、密封垫、弹性联轴节、螺钉等机械零部件。1.2.2以自润滑性和不粘性为主的应用1.材料储运UHMWPE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、不粘性