超分子量聚乙烯生產(chǎn)工藝及加工成型

1、超分子量聚乙烯生產(chǎn)工藝及加工成型學(xué)院（系） 化工與環(huán)境學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 化學(xué)工程與技術(shù) 學(xué)生 姓名 學(xué) 號(hào) 日 期： 2015-11 摘要摘要本文探討了超分子量聚乙烯的一些特點(diǎn)以及制備方法。關(guān)鍵詞聚乙烯，超分子量，制備 I目錄目錄摘要I第1章緒論11.1.研究背景11.2.超高分子量聚乙烯簡(jiǎn)介11.3.超高分子量聚乙烯特點(diǎn)1第2章超高分子聚乙烯的制備32.1.制備方法3第3章結(jié)論4參考文獻(xiàn)5第1章 緒論1.1. 研究背景超高分子量聚乙烯（）塑料合金具有優(yōu)異的物理和機(jī)械性能，能替代金屬在離心泵和軸承等機(jī)械領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。超高分子量聚乙烯的分子量對(duì)其物理機(jī)械性能有著很大影響。超高分子量聚乙烯(UH

2、MWPE)是一種性能卓越的工程塑料,同眾多的聚合材料相比,具有其它工程塑料所無(wú)法比擬的耐沖擊性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性、耐低溫性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性、抗粘附能力,優(yōu)良的電絕緣性、自潤(rùn)滑性及安全衛(wèi)生等性能,可以代替碳鋼、不銹鋼、青銅等材料廣泛地應(yīng)用于體育、紡織、采礦、化工、包裝、建筑、機(jī)械、電氣、醫(yī)療等領(lǐng)域。超高分子量聚乙烯性能卓越、加工困難,是一種正在迅速崛起的工程性熱塑性塑料。由于加工困難,國(guó)內(nèi)外超高分子量聚乙烯的應(yīng)用多集中在壓制產(chǎn)品上,但是材料學(xué)家們從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)對(duì)超高分子量聚乙烯擠出制品的探討。超高分子量聚乙烯的卓越性能源自于它具有極高的分子量,因此對(duì)超高分子量聚乙烯改性成功與否的判定在很大程

3、度上取決于其制品的分子量保留的程度和在低溫下的沖擊韌性。1.2. 超高分子量聚乙烯簡(jiǎn)介超高分子量聚乙烯纖維有著高取向度,高結(jié)晶度,強(qiáng)力、模量高,抗沖擊,耐腐蝕,耐光照,耐撓曲,耐磨損等優(yōu)點(diǎn)。它的密度比水小,介電性能好。超高分子量聚乙烯纖維的缺點(diǎn)是使用溫度不高,耐氧化性能差,抗蠕變性能差,表面加工困難。正是超高分子量聚乙烯纖維自身所具有的這些特點(diǎn),它在抗沖擊防護(hù),低溫,耐壓,海洋工程,漁業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛地使用。1.3. 超高分子量聚乙烯特點(diǎn)1、極高的耐磨特性 超高管的分子量高達(dá)200萬(wàn)以上，磨耗指數(shù)最小，使它具有極高的抗滑動(dòng)摩擦能力。耐磨性高于一般的合金鋼6.6倍，不銹鋼的27.3倍。是酚醛樹(shù)脂

4、的17.9倍，尼龍六的6倍，聚乙烯的4倍，大幅度提高了管道的使用壽命。2、極高的耐沖擊性 在現(xiàn)有的工程塑料中超高分子量管道的沖擊韌性值最高，許多材料在嚴(yán)重或反復(fù)爆炸的沖擊中會(huì)裂紋、破損、破碎或表面應(yīng)力疲勞。3、耐腐蝕性 UHMW-PE是一種飽和分子團(tuán)結(jié)構(gòu)，故其化學(xué)穩(wěn)定性極高，本產(chǎn)品可以耐烈性化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，除對(duì)某些強(qiáng)酸在高溫下有輕微腐蝕外，在其它的堿液、酸液中不受腐蝕?？梢栽跐舛刃∮?0%的濃鹽酸中應(yīng)用，在濃度小于75%的硫酸、濃度小于20%的硝酸中性能相當(dāng)穩(wěn)定。4、良好的自潤(rùn)滑性 由于超高分子量聚乙烯管內(nèi)含蠟狀物質(zhì)，且自身潤(rùn)滑很好。摩擦系數(shù)（196N，2小時(shí)）僅為0.219MN/m（GB39

5、60）。自身滑動(dòng)性能優(yōu)于用油潤(rùn)滑的鋼或黃銅。特別是在環(huán)境惡劣、粉塵、泥沙多的地方，產(chǎn)品的自身干潤(rùn)滑性能更充分的顯示出來(lái)。不但能運(yùn)動(dòng)自如，且保護(hù)相關(guān)工件不磨損或拉傷。5、獨(dú)特的耐低溫性 超高分子量聚乙烯管道耐低溫性能優(yōu)異，其耐沖擊性、耐磨性在零下269攝氏度時(shí)基本不變。是目前唯一可在接近絕對(duì)零度的溫度下工作的一種工程塑料。同時(shí)，超高分子量聚乙烯管道的適溫性寬，可長(zhǎng)期在-269到80的溫度下工作。6、不易結(jié)垢性 超高分子量聚乙烯管由于摩擦系數(shù)小和無(wú)極性，因此具有很好的表面非附著性,管道光潔度高。現(xiàn)有的材料一般在PH值為9以上的介質(zhì)中均結(jié)垢，超高分子量聚乙烯管則不結(jié)垢，這一特性對(duì)火電站用于排粉煤灰系

6、統(tǒng)有重大意義。在原油、泥漿等輸送管道方面也非常適用。7、壽命長(zhǎng) 超高分子量聚乙烯分子鏈中不飽和基因少，抗疲勞強(qiáng)度大于50萬(wàn)次，耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性最優(yōu)， 抗環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂>4000h ，是PE100的2倍以上 ,埋地使用50年左右，仍可保持70%以上的機(jī)械性能。8、安裝簡(jiǎn)便 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）管道單位管長(zhǎng)比重僅為鋼管重量的八分之一，使裝卸、運(yùn)輸、安裝更為方便，且能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，UHMW-PE管道抗老化性極強(qiáng)，50年不易老化。不論地上架設(shè)，還是地下埋設(shè)均可。安裝時(shí)無(wú)論是焊接或者是法蘭連接均可，安全可靠、快捷方便、無(wú)需防腐、省工省力，充分體現(xiàn)出使用超高分子量聚乙烯管道“節(jié)能、

7、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效”的優(yōu)越性。9、其他特性 超高分子量聚乙烯管還有吸能、吸噪音、抗靜電、對(duì)電子具有屏蔽能力、不吸水、比重輕、容易機(jī)械加工、可著色等突出特性。第2章 超高分子聚乙烯的制備2.1. 制備方法1采用加工助劑與超聲輻照相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了UHMWPE在一般單螺桿擠出機(jī)上的連續(xù)擠出成型。加入一定量的聚丙烯(PP)，能有效改善單螺桿擠出機(jī)對(duì)UHMWPE的加工性能，擠出過(guò)程中的超聲輻照則有效地降低了熔體粘度和擠出壓力，顯著提高了擠出效率。在適當(dāng)?shù)募庸ぶ鷦┖亢统曒椪諒?qiáng)度下，UHMWPE的力學(xué)強(qiáng)度、耐熱性能及摩擦磨損性能得到提高。 2研究了UHMWPE在擠出過(guò)程中物料輸送及熔融塑化機(jī)理。FT-

8、IR、DSC、WAXD和AFM分析表明，在單螺桿擠出機(jī)擠出UHMWPE/PP共混物時(shí)，與料筒壁接觸的物料表層主要是PP，從而增大了物料一料筒壁間的摩擦系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了單螺桿擠出機(jī)內(nèi)物料的順利輸送。在熔融塑化過(guò)程中，PP首先熔融并在料筒壁形成熔膜，熔膜流入主動(dòng)螺腹形成熔體池，對(duì)被動(dòng)螺腹中的UHMWPE固體床產(chǎn)生大的推壓力，使UHMWPE固體床得以壓實(shí)，解決了通常用一般單螺桿擠出機(jī)擠出UHMWPE時(shí)的打滑、料塞和不能壓實(shí)的問(wèn)題。在以聚乙烯(PE)改進(jìn)UHMWPE加工流動(dòng)性的情況下，熔融的PE很快滲入到UHMWPE內(nèi)部，不能有效地在料筒壁一物料間聚集，也不能形成有效的熔體池，加之UHMWPE低的摩擦系數(shù)

9、和不粘性，在用單螺桿擠出機(jī)擠出UHMWPE時(shí)就遇到困難。微觀結(jié)構(gòu)分析表明，在UHMWPE/PP共混物中，PP位于UHMWPE晶區(qū)間的低晶(非晶)區(qū)域，破壞了UHMWPE完整的鏈纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)，有效地降低了UHMWPE鏈纏結(jié)密度，流動(dòng)性得以改善。PE不能有效降低UHMWPE的鏈纏結(jié)密度，因而PE對(duì)UHMWPE加工改性效果較差。 3擠出過(guò)程中的超聲輻照顯著降低了UHMWPE/PP共混物熔體表觀粘 摘要度和擠出口模壓力，提高了擠出產(chǎn)量。隨共混物中PP含量的減少，共混物熔體的鏈纏結(jié)密度升高，超聲輻照的降粘降壓效果越明顯。超聲輻照使共混物中UHMWPE和PP的結(jié)晶度下降，晶粒尺寸變小。在適當(dāng)?shù)某曒椪諒?qiáng)度下，

10、材料的抗沖擊強(qiáng)度、楊氏模量及耐磨性能得到提高。 4.以PP為主的加工改性劑能顯著提高UHMWPE的摩擦磨損性能。在同樣的條件下，UHMWPE的摩擦系數(shù)和磨損速率都比UHMWPE/PP共混物高。隨負(fù)荷的增加和磨損時(shí)間的延長(zhǎng)，在UHMWPE磨損表面出現(xiàn)大量的裂紋，呈現(xiàn)明顯的疲勞磨損特征。在較高的滑動(dòng)速度下(400rpm)，UHMWPE發(fā)生因表面熔融而導(dǎo)致快速的磨損。而UHMWPE/PP共混物在高的負(fù)荷、長(zhǎng)的磨損時(shí)間及高的滑動(dòng)速度下，在磨損表面無(wú)明顯的疲勞破壞和熔融現(xiàn)象發(fā)生。通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)觀察研究表明，在不同的作用力范圍和滑行速度下，UHMWPE的表面層分子與 Si3N4探針間的摩擦力均

11、較UHMWPE用P共混物高，與宏觀的摩擦性能相一致。 5.采用SEM、FT一IR、DSC、AFM、XPS和場(chǎng)伙XD研究了UHMWPE和uHMwPE/PP的摩擦磨損機(jī)理。與uHMwPE對(duì)磨時(shí)，在鋼環(huán)表面形成了UHMWPE轉(zhuǎn)移膜，與UHMWPE/PP對(duì)磨的鋼環(huán)表面無(wú)轉(zhuǎn)移膜，而有很細(xì)的圓柱狀磨屑產(chǎn)生。長(zhǎng)的磨損時(shí)間導(dǎo)致UHMWPE疲勞破壞，產(chǎn)生大量的磨屑，而隨磨損時(shí)間的延長(zhǎng)， UHMWPE/PP表面的磨屑并無(wú)明顯的增加。由于鋼環(huán)滑動(dòng)對(duì)表面層分子所產(chǎn)生的剪切、拉伸及退火作用，在UHMWPE/PP的磨損表面形成了串晶，而UHMWPE磨損表面的晶區(qū)較小，晶區(qū)間的粘接力也較弱。UHMWPE/PP共混物在磨損初

12、期所產(chǎn)生的少量圓柱狀磨屑分布于摩擦界面，起到了有效地將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦的作用，因而摩擦系數(shù)和磨損速率顯著降低，耐磨性能明顯提高。第3章 結(jié)論超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種性能卓越的工程塑料,同眾多的聚合材料相比,具有其它工程塑料所無(wú)法比擬的耐沖擊性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性、耐低溫性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性、抗粘附能力,優(yōu)良的電絕緣性、自潤(rùn)滑性及安全衛(wèi)生等性能,可以代替碳鋼、不銹鋼、青銅等材料廣泛地應(yīng)用于體育、紡織、采礦、化工、包裝、建筑、機(jī)械、電氣、醫(yī)療等領(lǐng)域。5參考文獻(xiàn)1劉英,劉萍,陳成泗,嚴(yán)為群,王德禧. 超高分子量聚乙烯的特性及應(yīng)用進(jìn)展J. 國(guó)外塑料,2005,11:36-40.2李

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