超高分子量聚乙烯的特性及應(yīng)用進展

超高分子量聚乙烯的特性及應(yīng)用進展一、本文概述超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種獨特的高分子材料，以其優(yōu)異的物理性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域而備受關(guān)注。本文旨在全面概述超高分子量聚乙烯的基本特性，包括其分子結(jié)構(gòu)、力學(xué)行為、熱穩(wěn)定性等方面，同時深入探討其在多個領(lǐng)域的應(yīng)用進展，如耐磨材料、航空航天、醫(yī)療器械等。通過對現(xiàn)有文獻的綜述和分析，本文旨在為研究者和工程師提供有關(guān)超高分子量聚乙烯的最新信息，以推動該材料在未來科技和工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。本文將介紹超高分子量聚乙烯的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，包括其分子鏈長度、結(jié)晶度、熱穩(wěn)定性等關(guān)鍵參數(shù)，以及這些參數(shù)如何影響其宏觀性能。隨后，將重點關(guān)注UHMWPE在不同應(yīng)用領(lǐng)域的最新進展，特別是在耐磨材料、航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。還將討論UHMWPE在環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展方面的潛力，例如作為可回收材料或生物相容材料的使用。本文將對超高分子量聚乙烯的未來發(fā)展趨勢進行展望，包括新材料設(shè)計、加工技術(shù)改進、應(yīng)用領(lǐng)域拓展等方面。通過總結(jié)現(xiàn)有研究成果和挑戰(zhàn)，本文旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究者和工程師提供有價值的參考和指導(dǎo)，以促進超高分子量聚乙烯在科技和工業(yè)領(lǐng)域的進一步發(fā)展。二、UHMWPE的基本特性超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種線性聚合物，其分子量通常超過一百萬，賦予了其許多獨特的物理和化學(xué)特性。UHMWPE具有極高的抗拉伸強度，其強度甚至可以與鋼材相媲美，而其密度卻遠遠低于鋼材，這使得它成為一種理想的輕量化材料。UHMWPE的耐磨性極佳，其耐磨性比一般的金屬和塑料都要好，因此在許多需要耐磨的場合，如滑動、摩擦等，UHMWPE都有很好的應(yīng)用前景。UHMWPE還具有優(yōu)良的抗沖擊性、自潤滑性、耐化學(xué)腐蝕性以及良好的生物相容性等特點。這使得它在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括但不限于工程、機械、化工、醫(yī)療、體育等領(lǐng)域。特別是在工程領(lǐng)域，UHMWPE的輕量化、高強度、耐磨等特點使得它在制造重載耐磨零件、橋梁纜繩、船舶纜繩等方面有著獨特的優(yōu)勢。然而，UHMWPE的加工性較差，由于其分子量極高，熔體粘度大，使得其在加工過程中容易形成內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致制品的性能下降。因此，如何改善UHMWPE的加工性能，提高制品的性能，一直是研究人員關(guān)注的重點。目前，通過添加增塑劑、降低分子量、改善加工工藝等方法，已經(jīng)有效地提高了UHMWPE的加工性能和制品的性能。UHMWPE作為一種具有優(yōu)異性能的高分子材料，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對UHMWPE的研究也將不斷深入，其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用也將更加廣泛。三、UHMWPE的合成方法超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的合成方法主要包括溶液聚合、懸浮聚合和凝膠紡絲等。這些方法各有特點，并且隨著科技的不斷進步，其合成技術(shù)也在持續(xù)優(yōu)化和創(chuàng)新。溶液聚合是早期UHMWPE的主要合成方法。在這種方法中，聚乙烯在有機溶劑中進行聚合，如十氫化萘、石蠟油等。這種方法可以控制聚合物的分子量，并且能得到高分子量的聚合物。然而，溶液聚合過程需要消耗大量的有機溶劑，且后處理過程復(fù)雜，使得生產(chǎn)成本較高，同時還會產(chǎn)生環(huán)境污染。懸浮聚合是一種更環(huán)保的合成方法，它利用水作為分散介質(zhì)，通過加入懸浮穩(wěn)定劑使聚乙烯顆粒穩(wěn)定懸浮在水中進行聚合。這種方法不需要使用有機溶劑，降低了生產(chǎn)成本和環(huán)境污染。然而，懸浮聚合對設(shè)備和操作條件要求較高，且聚合物的分子量分布較寬。凝膠紡絲是目前工業(yè)化生產(chǎn)UHMWPE的主要方法。它通過在低濃度下進行聚合，得到高黏度的凝膠狀聚合物，然后通過紡絲工藝將其轉(zhuǎn)化為纖維。這種方法可以得到分子量極高、結(jié)構(gòu)均勻的UHMWPE纖維，且具有優(yōu)異的機械性能。凝膠紡絲技術(shù)已成為UHMWPE纖維大規(guī)模生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，UHMWPE的合成方法也在不斷創(chuàng)新。例如，近年來，科學(xué)家們通過引入新型催化劑、優(yōu)化聚合工藝等手段，進一步提高了UHMWPE的合成效率和質(zhì)量。隨著人們對環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的日益關(guān)注，綠色、環(huán)保的合成方法將成為未來的發(fā)展趨勢。四、UHMWPE的應(yīng)用領(lǐng)域超高分子量聚乙烯（UHMWPE）以其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在眾多領(lǐng)域都展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。UHMWPE因其極高的耐磨性和低摩擦系數(shù)，被廣泛應(yīng)用于制造耐磨零件和自潤滑材料。例如，在采礦、化工和食品加工等行業(yè)中，使用UHMWPE制成的輸送帶、軸承、齒輪等部件，不僅有效提高了設(shè)備的使用壽命，而且降低了維護和更換的頻率，從而顯著降低了運營成本。UHMWPE的高抗沖擊性、抗拉伸性和低吸水率使其成為一種理想的防護材料。在軍事領(lǐng)域，它被用于制造防彈背心、頭盔和防護板，為士兵提供有效的保護。在民用領(lǐng)域，UHMWPE也被用于制作船只、游艇和碼頭等水上設(shè)施的防撞護舷，以及滑雪板、雪橇等運動器材的防護層。UHMWPE的高強度、低密度和良好的耐腐蝕性使其成為一種理想的繩索材料。與傳統(tǒng)的鋼纜和合成纖維繩索相比，UHMWPE繩索具有更高的強度和更輕的重量，因此被廣泛應(yīng)用于海洋工程、吊裝設(shè)備、橋梁建設(shè)等領(lǐng)域。UHMWPE的生物相容性和良好的耐磨性使其在醫(yī)療器械領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。例如，在人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，使用UHMWPE作為關(guān)節(jié)面的材料，可以減少關(guān)節(jié)磨損，提高患者的生活質(zhì)量。UHMWPE還被用于制作牙科植入物、心臟瓣膜和血管移植物等醫(yī)療器械。UHMWPE的輕質(zhì)、高強度和良好的抗沖擊性使其在體育器材領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。例如，在滑雪板、沖浪板、高爾夫球桿和釣魚竿等器材中，使用UHMWPE可以提高器材的性能和使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，UHMWPE的應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷擴大。未來，我們可以期待這種高性能材料在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。五、UHMWPE的應(yīng)用進展隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。作為一種具有獨特性能的高分子材料，UHMWPE以其高強度、高耐磨、低摩擦、耐化學(xué)腐蝕和生物相容性等特點，在眾多領(lǐng)域中展現(xiàn)出了卓越的應(yīng)用潛力。在工程機械領(lǐng)域，UHMWPE被廣泛應(yīng)用于耐磨板、輸送帶、密封件等關(guān)鍵部件。其優(yōu)異的耐磨性能使得工程機械在惡劣的工作環(huán)境下能夠保持長久的使用壽命，降低了維護成本。同時，UHMWPE的低摩擦特性也有效減少了機械運動時的能量損失，提高了工作效率。在航空航天領(lǐng)域，UHMWPE因其輕質(zhì)高強、耐輻射和耐極端溫度等特性，被用于制造飛機、火箭等飛行器的關(guān)鍵部件。例如，UHMWPE可用于制造飛機輪胎，其高強度和耐磨性使得輪胎能夠承受高速飛行時的巨大壓力和摩擦力，保證了飛行的安全性。在醫(yī)療領(lǐng)域，UHMWPE的生物相容性和無毒特性使其成為一種理想的生物醫(yī)用材料。它被廣泛應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)、牙科植入物、縫合線等醫(yī)療器械的制造中。UHMWPE的植入物能夠與人體組織良好融合，減少排斥反應(yīng)，提高患者的生活質(zhì)量。在新能源、環(huán)保等領(lǐng)域，UHMWPE也展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。例如，在太陽能板制造中，UHMWPE可作為反射膜材料，提高太陽能板的轉(zhuǎn)換效率。在污水處理領(lǐng)域，UHMWPE可用于制造過濾材料，有效去除水中的懸浮物和有害物質(zhì)。UHMWPE作為一種高性能高分子材料，在各個領(lǐng)域的應(yīng)用進展迅速。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信UHMWPE將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢和潛力。六、結(jié)論超高分子量聚乙烯（UHMWPE）作為一種獨特的工程材料，因其卓越的物理和化學(xué)特性，在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。其出色的耐磨性、耐化學(xué)腐蝕性、高沖擊強度和極低的摩擦系數(shù)，使得UHMWPE在耐磨部件、繩索、密封件、醫(yī)療器械以及體育用品等領(lǐng)域中占據(jù)了重要的地位。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，UHMWPE的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓寬，其性能也在不斷的優(yōu)化和改進。近年來，研究者們通過改進生產(chǎn)工藝、添加改性劑、引入納米增強體等手段，進一步提升了UHMWPE的力學(xué)性能和功能性。這些研究不僅豐富了UHMWPE的應(yīng)用領(lǐng)域，也為其在更高端、更復(fù)雜的工程應(yīng)用中提供了可能。例如，在航空航天、海洋工程等領(lǐng)域，UHMWPE的優(yōu)異性能使得它有可能成為替代傳統(tǒng)材料的理想選擇。然而，盡管UHMWPE已經(jīng)取得了顯著的進步和應(yīng)用，但仍有許多挑戰(zhàn)和問題需要我們?nèi)ッ鎸徒鉀Q。例如，UHMWPE的加工性能差、熱穩(wěn)定性不高、耐老化性能有待提高等問題，限制了其在某些高端領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，未來的研究應(yīng)更加注重提高UHMWPE的加工性能、熱穩(wěn)定性和耐老化性能，以滿足更廣泛的應(yīng)用需求。超高分子量聚乙烯是一種具有廣闊應(yīng)用前景的工程材料。通過不斷的科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新，我們有理由相信，UHMWPE將在未來的工程領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用，為人類的科技進步和社會發(fā)展做出更大的貢獻。參考資料：超高分子量聚乙烯的英文是：UltraHighMolecularWeightPolyethylene，這是現(xiàn)有的最優(yōu)質(zhì)的可應(yīng)用于惡劣工作環(huán)境及多種用途的聚乙烯。在許多高難度的應(yīng)用條件下適用性非常好。超高分子量是這種聚合物與眾不同的特質(zhì)，其具有300至600萬的分子量，而高密度聚乙烯樹脂只有30萬至50萬。這種差別是保證超高分子量聚乙烯具備足夠的強度，以達到其他低等聚合產(chǎn)品所不可能具備的耐磨損和抗沖擊能力。超高分子量聚乙烯的超高分子量的含義是它不會融化并像液體一樣流動，因而加工方法由粉末金屬技術(shù)衍生。傳統(tǒng)的塑料加工技術(shù)，比如注塑成型、吹塑和熱定型，無法應(yīng)用于超高分子量聚乙烯。擠壓成型是應(yīng)用于這種樹脂最常見的加工工藝，這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品韌性更強。根據(jù)美國菲利普石油公司的劃分方法，分子量在150萬以上的聚乙烯稱為“超高分子量聚乙烯（UHMWPE）”。德國赫斯特（Hoechst）公司、美國赫爾克樂斯（Hercules）公司和日本三井石油化學(xué)公司是世界上生產(chǎn)UHMWPE的三大公司，中國主要生產(chǎn)廠家是北京助劑二廠、上海高橋石化公司化工廠。超高分子量聚乙烯板的原料,就是分子量在150萬以上的超高分子量聚乙烯.UHMWPE極高的分子量賦予其優(yōu)異的使用性能，而且屬于價格適中、性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，它幾乎集中了各種塑料的優(yōu)點，具有普通聚乙烯和其它工程塑料無可比擬的耐磨、耐沖擊、自潤滑、耐腐蝕、吸收沖擊能、耐低溫、衛(wèi)生無毒、不易粘附、不易吸水、密度較小等綜合性能。事實上，目前還沒有一種單純的高分子材料兼有如此眾多的優(yōu)異性能。UHMWPE的耐磨性居塑料之冠，并超過某些金屬，圖1為UHMWPE與其它材料耐磨性比較。從圖1可以看出，與其它工程塑料相比，UHMWPE的沙漿磨耗指數(shù)僅是PA66的1/5，HEPE和PVC的1/10；與金屬相比，是碳鋼的1/7，黃銅的1/27。這樣高的耐磨性，以致于用一般塑料磨耗實驗法難以測試其耐磨程度，因而專門設(shè)計了一種沙漿磨耗測試裝置。UHMWPE耐磨性與分子量成正比，分子量越高，其耐磨性越好。UHMWPE的沖擊強度，在所有工程塑料中名列前茅，圖2為UHMWPE與其他工程塑料沖擊強度比較，從圖2中可以看出，UHMWPE的沖擊強度約為耐沖擊PC的2倍，ABS的5倍，POM和PBTP的10余倍。耐沖擊性如此之高，以致于采用通常沖擊試驗方法難以使其斷裂破壞。其沖擊強度隨分子量的增大而提高，在分子量為150萬時達到最大值，然后隨分子量的繼續(xù)升高而逐漸下降。值得指出的是，它在液氮中（-195℃）也能保持優(yōu)異的沖擊強度，這一特性是其它塑料所沒有的。它在反復(fù)沖擊表面硬度更高。UHMWPE有極低的摩擦因數(shù)（05～11），故自潤滑性優(yōu)異。表1為UHMWPE與其他工程塑料摩擦因數(shù)比較。從表1可以看出，UHMWPE的動摩擦因數(shù)在水潤滑條件下是PA66和POM的1/2，在無潤滑條件下僅次于塑料中自潤滑性最好的聚四氟乙烯（PTFE）；當它以滑動或轉(zhuǎn)動形式工作時，比鋼和黃銅加潤滑油后的潤滑性還要好。因此，在摩擦學(xué)領(lǐng)域UHMWPE被譽為成本/性能非常理想的摩擦材料。UHMWPE具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性，除強氧化性酸液外，在一定溫度和濃度范圍內(nèi)能耐各種腐蝕性介質(zhì)（酸、堿、鹽）及有機介質(zhì)（荼溶劑除外）。其在20℃和80℃的80種有機溶劑中浸漬30d，外表無任何反?，F(xiàn)象，其它物理性能也幾乎沒有變化。UHMWPE具有優(yōu)異的沖擊能吸收性，沖擊能吸收值在所有塑料中最高，因而噪聲阻尼性能很好，具有優(yōu)良的削音效果。UHMWPE具有優(yōu)異的耐低溫性，在液氦溫度（-269℃）下仍具有延展性，因而能夠用作核工業(yè)的耐低溫部件。UHMWPE表面吸附能力非常微弱，其抗粘符能力僅次于塑料中不粘性最好的PTFE，因而制品表面與其它材料不易粘符。UHMWPE吸水率很低；一般小于01%，僅為PA66的1%，因而在成型加工前一般不必干燥處理。由于UHMWPE具有朝拉伸取向必備的結(jié)構(gòu)特征，所以有無可匹敵的超高拉伸強度，因此可通過凝膠紡絲法制得超高彈性模量和強度的纖維，其拉伸強度高達3～5GPa,拉伸彈性模量高達100～125GPa；纖維比強度是迄今已商品化的所有纖維中最高的，比碳纖維大4倍，比鋼絲大10倍，比芳綸纖維大50%。超高分子量聚乙?。║HMW—PE）具有很好的耐老化性能，使用時間更長，節(jié)約成本。利用超高分子量聚乙?。║HMW—PE）的吸能特點，可廣泛應(yīng)用在機械設(shè)備行業(yè)中，用于鋼鐵材質(zhì)表面，減少摩擦，提高效益。通過加入阻燃劑，使超高分子量聚乙?。║HMW-PE）具有阻燃性。雖然超高分子量聚乙烯板有很多優(yōu)點，但是它也有它的缺陷，與其它工程塑料相比，高分子量聚乙烯具有表面硬度和熱變形溫度低、彎曲強度以及蠕變性能較差等缺點。這是由于高分子量聚乙烯得分子結(jié)構(gòu)和分子聚集形態(tài)造成得，可通過填充和交聯(lián)得方法加以改善。由于UHMW-PE具有很好的耐磨性、環(huán)保、防靜電、緩沖、高耐磨、防潮、耐腐蝕、易加工、吸震、無噪音、經(jīng)濟、不變形、抗沖擊性、自潤滑性，所以很適合制作各種耐磨機械零件，如托輪、軸套、噴嘴、攪拌葉，應(yīng)用范圍極為廣泛。耐環(huán)境應(yīng)力開裂性優(yōu)良，抗反復(fù)疲勞強度高，噪音和振動阻尼性均優(yōu)良，可用作高架、輕軌橋面防震墊塊、自卸汽車、翻斗襯里、砂漿、混凝土容器及溜槽襯里，清洗方便。裝配式冷庫，低溫集裝箱墊倉板，在歐洲核研究中心成功地在液氮溫度下將超高作密封圈、襯墊及活塞環(huán)應(yīng)用由于超高分子量聚乙烯生物相容性良好，醫(yī)療上作人工移植器官，世界上已有幾十萬人接受超高骨關(guān)節(jié)植置。目前本公司正與國內(nèi)外著名機構(gòu)著手研究開發(fā)多種范圍的人工器官件的臨床應(yīng)用試驗。使用各種食品、清潔方便，已用作食品加工廠的切配臺板、面包房工作臺面、和面機等。皮革機械沖床裁料砧板，使用壽命與其他塑料比較提高四倍以上，并且表面刨削一層可繼續(xù)使用。超高分子量聚乙烯是一種近年耐開發(fā)應(yīng)用的新材料，作為一種永久性固體潤滑劑以保護受摩擦的金屬表面，可降低能耗，減少噪音以及昂貴的維修費用。星形輪、送瓶計數(shù)螺桿、灌裝機軸承、抓瓶機零件、墊圈導(dǎo)銷、氣缸、齒輪、輥筒、鏈輪手柄吸水箱蓋板、偏導(dǎo)輪、刮刀、軸承、葉嘴、過濾器、儲油器、防磨條、毛氈清掃機開幅機、減振器擋板、連接器、曲軸連桿、打梭棒、掃花針、偏桿軸承、擺動后梁閥體、泵體、墊圈、過濾器、齒輪、螺母、密封環(huán)、噴嘴、旋塞、軸套、波紋管各種齒輪、軸瓦、襯套、滑動板、離合器、導(dǎo)向體、制動器、鉸鏈、彈性聯(lián)軸節(jié)、輥筒、托輪、緊固件、升降臺滑動部件由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）熔融狀態(tài)的粘度高達108Pa*s，流動性極差，其熔體指數(shù)幾乎為零，所以很難用一般的機械加工方法進行加工。近年來，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展，通過對普通加工設(shè)備的改造，已使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）由最初的壓制-燒結(jié)成型發(fā)展為擠出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。壓制燒結(jié)是超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）最原始的加工方法。此法生產(chǎn)效率頗低，易發(fā)生氧化和降解。為了提高生產(chǎn)效率，可采用直接電加熱法。〔1〕另外，Werner和Pfleiderer公司開發(fā)了一種超高速熔結(jié)加工法；〔2〕采用葉片式混合機，葉片旋轉(zhuǎn)的最大速度可達150m/s，使物料僅在幾秒內(nèi)就可升至加工溫度。擠出成型設(shè)備主要有柱塞擠出機、單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機。雙螺桿擠出多采用同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。60年代大都采用柱塞式擠出機，70年代中期，日、美、西德等先后開發(fā)了單螺桿擠出工藝。日本三井石油化學(xué)公司最早于1974年取得了圓棒擠出技術(shù)的成功。我國于1994年底研制出Φ45型超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）專用單螺桿擠出機，并于1997年取得了Φ65型單螺桿擠出管材工業(yè)化生產(chǎn)線的成功。日本三井石油化工公司于1974年開發(fā)了注塑成型工藝，并于1976年實現(xiàn)了商業(yè)化，之后又開發(fā)了往復(fù)式螺桿注塑成型技術(shù)。1985年美國Hoechst公司也實現(xiàn)了超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的螺桿注塑成型工藝。我國1983年對國產(chǎn)S-ZY-125A型注射機進行了改造，成功地注射出啤酒罐裝生產(chǎn)線用超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）托輪、水泵用軸套，1985年又成功地注射出醫(yī)用人工關(guān)節(jié)等。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）加工時，當物料從口模擠出后，因彈性恢復(fù)而產(chǎn)生一定的回縮，并且?guī)缀醪话l(fā)生下垂現(xiàn)象，故為中空容器，特別是大型容器，如油箱、大桶的吹塑創(chuàng)造了有利的條件。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）吹塑成型還可導(dǎo)致縱橫方向強度均衡的高性能薄膜，從而解決了HDPE薄膜長期以來存在的縱橫方向強度不一致，容易造成縱向破壞的問題。以凍膠紡絲—超拉伸技術(shù)制備高強度、高模量聚乙烯纖維是70年代末出現(xiàn)的一種新穎紡絲方法。荷蘭DSM公司最早于1979年申請專利，隨后美國Allied公司、日本與荷蘭聯(lián)合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。中國紡織大學(xué)化纖所從1985年開始該項目的研究，逐步形成了自己的技術(shù)，制得了高性能的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纖維〔3〕。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）凍膠紡絲過程簡述如下：溶解超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）于適當?shù)娜軇┲?，制成半稀溶液，?jīng)噴絲孔擠出，然后以空氣或水驟冷紡絲溶液，將其凝固成凍膠原絲。在凍膠原絲中，幾乎所有的溶劑被包含其中，因此超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）大分子鏈的解纏狀態(tài)被很好地保持下來，而且溶液溫度的下降，導(dǎo)致凍膠體中超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）折疊鏈片晶的形成。這樣，通過超倍熱拉伸凍膠原絲可使大分子鏈充分取向和高度結(jié)晶，進而使呈折疊鏈的大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨?，從而制得高強度、高模量纖維。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纖維是當今世界上第三代特種纖維，強度高達8cN/dtex,比強度是化纖中最高的，又具有較好的耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、耐光等優(yōu)良性能。它可直接制成繩索、纜繩、漁網(wǎng)和各種織物：防彈背心和衣服、防切割手套等，其中防彈衣的防彈效果優(yōu)于芳綸。國際上已將超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纖維織成不同纖度的繩索，取代了傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩等。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纖維的復(fù)合材料在軍事上已用作裝甲兵器的殼體、雷達的防護外殼罩、頭盔等；體育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。潤滑擠出(注射)成型技術(shù)是在擠出(注射)物料與模壁之間形成一層潤滑層，從而降低物料各點間的剪切速率差異，減小產(chǎn)品的變形，同時能夠?qū)崿F(xiàn)在低溫、低能耗條件下提高高粘度聚合物的擠出(注射)速度。產(chǎn)生潤滑層的方法主要有兩種：自潤滑和共潤滑。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的自潤滑擠出(注射)是在其中添加適量的外部潤滑劑，以降低聚合物分子與金屬模壁間的摩擦與剪切，提高物料流動的均勻性及脫模效果和擠出質(zhì)量。外部潤滑劑主要有高級脂肪酸、復(fù)合脂、有機硅樹脂、石臘及其它低分子量樹脂等。擠出(注射)加工前，首先將潤滑劑同其它加工助劑一起混入物料中，生產(chǎn)時，物料中的潤滑劑滲出，形成潤滑層，實現(xiàn)自潤滑擠出(注射)。有專利報道〔4〕：將70份石蠟油、30份超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）和1份氧相二氧化硅(高度分散的硅膠)混合造粒，在190℃的溫度下就可實現(xiàn)順利擠出(注射)。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的共潤滑擠出(注射)有兩種情況，一是采用縫隙法〔6〕將潤滑劑壓入到模具中，使其在模腔內(nèi)表面和熔融物料間形成潤滑層；二是與低粘度樹脂共混，使其作為產(chǎn)物的一部分(詳見1)。如：生產(chǎn)超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）薄板時，由定量泵向模腔內(nèi)輸送SH200有機硅油作潤滑劑，所得產(chǎn)品外觀質(zhì)量有明顯提高，特別是由于擠出變形小，增加了拉伸強度。輥壓成型是一種固態(tài)加工方法，即在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的熔點以下對其施加一很大的壓力，通過粒子形變，有效地將粒子與粒子融合。主要設(shè)備是一帶有螺槽的旋轉(zhuǎn)輪和一帶有舌槽的弓形滑塊，舌槽與螺槽垂直。在加工過程中有效地利用了物料與器壁之間的摩擦力，產(chǎn)生的壓力足夠使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）粒子發(fā)生形變。在機座末端裝有加熱支臺，經(jīng)過?？跀D出物料。如將此項輥壓裝置與擠壓機聯(lián)用，可使加工過程連續(xù)化。把超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）樹脂粉末在140℃～275℃之間進行1min～30min的短期加熱，發(fā)現(xiàn)超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的某些物理性能出人意料地大大改善。用熱處理過的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）粉料壓制出的制品和未熱處理過的UHMPWE制品相比較，前者具有更好的物理性能和透明性，制品表面的光滑程度和低溫機械性能大大提高了。采用射頻加工超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一種嶄新的加工方法，它是將超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）粉末和介電損耗高的炭黑粉末均勻混合在一起，用射頻輻照，產(chǎn)生的熱可使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）粉末表面發(fā)生軟化，從而使其能在一定壓力下固結(jié)。用這種方法可在數(shù)分鐘內(nèi)模壓出很厚的大型部件，其加工效率比目前超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）常規(guī)模壓加工高許多倍。將超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）溶解在揮發(fā)溶劑中，連續(xù)擠出，然后經(jīng)一個熱可逆凝膠/結(jié)晶過程，使其成為一種濕潤的凝膠膜，蒸除溶劑使膜干燥。由于已形成的骨架結(jié)構(gòu)限制了凝膠的收縮，在干燥過程中產(chǎn)生微孔，經(jīng)雙軸拉伸達到最大空隙率而不破壞完整的多孔結(jié)構(gòu)。這種材料可用作防水、通氧織物和耐化學(xué)品服裝，也可用作超濾/微量過濾膜、復(fù)合薄膜和蓄電池隔板等。與其它方法相比，由此法制備的多孔超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）膜具有最佳的孔徑、強度和厚度等綜合性能。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種具有優(yōu)異性能的高分子材料，在多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文將概述UHMWPE的研究進展、制備方法、應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)勢，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供參考。超高分子的定義和特點超高分子量聚合物是指分子量在100萬道爾頓以上的聚合物。與低分子量聚合物相比，超高分子的分子鏈長、支鏈多，具有優(yōu)異的耐磨性、抗沖擊性、耐化學(xué)腐蝕性和抗老化性等特點。超高分子量聚合物的密度較低，具有良好的浮力性能，在海洋工程、水處理等領(lǐng)域具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢。超高分子量聚乙烯的制備方法UHMWPE的制備方法主要有兩種：溶液聚合和本體聚合。溶液聚合是在溶劑中進行的，聚合過程中需要控制溫度、壓力、攪拌速度等參數(shù)，以獲得高分子量、低支鏈的UHMWPE。本體聚合是在熔體狀態(tài)下進行的，通過控制溫度、壓力和引發(fā)劑含量等因素，制得高分子量、低支鏈的UHMWPE。目前，這兩種制備方法都得到了廣泛應(yīng)用，并取得了一定的研究成果。超高分子量聚乙烯的應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)勢UHMWPE具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，其中最具代表性的是耐磨材料。由于其優(yōu)異的耐磨性，UHMWPE被廣泛應(yīng)用于礦山、工程、船舶等領(lǐng)域的密封件、軸承、軸套等關(guān)鍵部件。UHMWPE還具有良好的抗沖擊性、耐化學(xué)腐蝕性和抗老化性，使其在汽車、醫(yī)療、體育器材等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。同時，由于其密度較低，UHMWPE在海洋工程和水處理等領(lǐng)域也具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢。超高分子量聚乙烯在實際應(yīng)用中的評價和總結(jié)在耐磨材料領(lǐng)域，UHMWPE的使用壽命是其他材料的數(shù)倍以上，能夠有效降低維護和更換成本。同時，UHMWPE還具有良好的自潤滑性能，能夠在高負載下保持良好的運動靈活性。在醫(yī)療領(lǐng)域，UHMWPE被廣泛應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)、手術(shù)器械等高要求場合，其優(yōu)良的生物相容性和機械性能備受青睞。在海洋工程領(lǐng)域，UHMWPE的浮力性能使其成為制造浮標、浮船等水上設(shè)備的理想材料。然而，盡管UHMWPE具有諸多優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也存在一些問題。例如，由于其分子鏈長、支鏈多，UHMWPE的加工成型較為困難，需要較高的溫度和壓力，加工成本較高。UHMWPE的耐熱性能有待提高，其在高溫下容易發(fā)生降解和變形，影響了其應(yīng)用范圍。未來研究的方向和挑戰(zhàn)針對UHMWPE在實際應(yīng)用中存在的問題，未來的研究應(yīng)以下幾個方面：探索新的制備方法：研究新的聚合工藝和成型技術(shù)，以降低UHMWPE的加工成本，提高生產(chǎn)效率。改性及復(fù)合材料：通過添加增強劑、改性劑等手段，改善UHMWPE的耐熱性能和機械性能，拓展其應(yīng)用范圍。生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：深入研究UHMWPE在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，開發(fā)更多具有優(yōu)良生物相容性和機械性能的醫(yī)用高分子材料。環(huán)境適應(yīng)性研究：考察UHMWPE在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性和耐候性，為其在海洋工程、水處理等環(huán)境中的廣泛應(yīng)用提供理論支持。超高分子量聚乙烯板材，英文名是ultra-highmolecularweightpolyethylene(簡稱UHMWPE)，是分子量100萬以上的聚乙烯。分子式：—(—CH2-CH2—)—n—，密度：936～964g/cm3。熱變形溫度(46MPa)85℃，熔點130～136℃。機械性能高于一般的高密度聚乙烯。具有突出的抗沖擊性、耐應(yīng)力開裂性、耐高溫蠕變性、低摩擦系數(shù)、自潤滑性，卓越的耐化學(xué)腐蝕性、抗疲勞性、噪音阻尼性、耐核輻射性等。使用溫度100～110℃。耐寒性好，可在-269℃下使用。密度985g/cm3，分子量200萬的產(chǎn)品，其斷裂拉伸強度40MPa，斷裂伸長率350%，彎曲彈性模量600MPa，懸臂梁缺口沖擊沖不斷。磨耗量(MPC法)20mm。UHMWPE有極好的耐磨性，良好的耐低溫沖擊性、自潤滑性、無毒、耐水、耐化學(xué)藥品性，耐熱性優(yōu)于一般PE，缺點是耐熱性（熱變形溫度）低、加工成型性差，外表面硬度，剛性，耐蠕變性不如一般工程塑料，膨脹系數(shù)偏大。UHMWPE流動性差，熔融狀態(tài)下粘度極高，是呈橡膠狀的高粘彈性體，早期僅能用壓制和燒結(jié)方法成型，也可用擠出、注塑和吹塑方法加工。提高耐磨性。提高分子量聚乙烯最引人注目的一個性能是它具有極高耐磨性，這一性能有許多工程應(yīng)用中都是十分寶貴的。在所有塑料中，其耐磨性是最好的，就連許多金屬材料(如碳鋼、不銹鋼、青銅等)的有規(guī)則磨性也不如它。隨著聚乙烯分子量的升高，這種材料就越耐磨。極高的抗沖擊性能。超高分子量聚乙烯的抗沖強度和它的分子量有關(guān)，分子量低于200萬時，隨分子量增長，沖擊強度增高，在200萬左右達到一峰值，這時峰后，分子量再升高沖擊強度反而會下降。這是由于分子鏈非常時妨礙了它的光晶作用，使在大分子中存在大的無定形區(qū)因而可以吸收較大的沖擊能量。根據(jù)文獻資料，超高分子量聚乙烯和其它塑料按ASTM-D256方法測定的沖擊強度值，從比較中得出：超高分子量聚乙烯的常溫抗沖擊性可分為以耐沖擊著稱的聚碳酯媲美，應(yīng)用于常用的工程塑料。超高分子量聚乙烯即使有-40℃低溫下，仍有很強的抗沖擊性能，甚至在液氣-269℃溫度下，仍然能保持較好的耐沖擊性能，這種優(yōu)異的低溫特性，使超高分子量聚乙烯的應(yīng)用擴展到低溫工程領(lǐng)域。很低的磨擦系數(shù)。超高分子量聚乙烯非常耐磨，而且磨擦系數(shù)低、自潤滑性良好，是一種理想的軸承軸套、滑塊、襯里材料。使用超高分子量聚乙烯作為設(shè)備的磨擦部件，除可提高耐磨壽命外，還可收到節(jié)能效果。良好的耐化學(xué)腐蝕性。超高分子量聚乙具有良的耐化學(xué)腐蝕特性，除濃硝酸、濃硫酸外，它在所有的堿液、酸液中都不會受腐蝕，并且可在溫度(80℃的濃鹽酸中應(yīng)用，在＜20%的硝酸、＜75%的硫酸中也是穩(wěn)定的，它對水、液體洗滌也很穩(wěn)定。)但是，超高分子量聚乙烯在芳香料或鹵代料化合物中(特別是在溫度較高的狀況下)極易溶脹，因此，應(yīng)用時要特別注意。很低吸水性。超高分子量聚乙烯吸水率很低，它幾乎是不吸水，在水中不膨脹，比尼龍的吸水性小得多。熱學(xué)性能。按ASTM(負荷6kg/cm2)方法的測定，熱變形溫度為85℃,在較小的負荷下，使用溫度可達90℃，在特殊情況下，允許在更高的溫度下使用，由于超高分子量聚乙烯是一種韌性好的材料，因而它的耐低性能也非常優(yōu)異，在-269℃低溫下，仍具有一定的延展性，而沒有脆裂跡象。電性能。超高分子量聚乙烯在很寬的溫度范圍內(nèi)，都具有很優(yōu)良的電性能，它的體積電阻達10-18CM，擊穿電壓達50KV/mm,介電常數(shù)3。在較寬的溫度及頻率范圍內(nèi)，它的電性能變化極小。在耐熱溫度范圍內(nèi)，很適宜用作電氣工程的結(jié)構(gòu)材料和紙廠的材料。無毒性超高分子量聚乙烯無味、無毒、無臭，本身無腐蝕性，具有生理循性和生理適應(yīng)性，美國食品與藥品管理局(FDA)和美國農(nóng)業(yè)部(USDA)允許它用于與食品和藥品接觸的場合。它的這些特性，特別是耐磨、抗沖擊性、自潤滑性能，在工程塑料中都是最好的。由于超高分子量聚乙烯的分子鏈呈纏繞狀、粘度極高、幾乎沒有流動性，所以加工難度很大。用一般的加工設(shè)備加工產(chǎn)品很難成型。目前超高分子量聚乙烯板材的加工大都采用燒結(jié)模壓法，也有采用柱塞擠出法但產(chǎn)量很低。原材料的優(yōu)劣決定了板材產(chǎn)品的品質(zhì)。選用分子量300萬以上優(yōu)質(zhì)的原材料加以科學(xué)的配方，合理的工藝才能得到優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。首先檢驗原材料的各項性能指標（核對產(chǎn)品檢驗報告），按確定的配方比例加入各種添加劑放入高速混料機，在一定的壓力、溫度下混合好予配料，充分排出原料中的水分。如果板材的顏色有要求的話，還得根據(jù)顏色的要求添加相應(yīng)的顏料。將混合好的原材料裝入模具中加一定的壓力排出原料中的空氣，加高溫使模具中的無料塑化成透明糊狀體，保持一定的溫度和壓力使之充分塑化。經(jīng)過充分塑化后，逐漸將溫度降低，同時加高壓。溫度越低所加的壓力就越大，直到達到工藝的要求。①UHMWPE與LCP共混，大大改善了流動性，可以用單螺桿擠出機加工；LCP添加量越多，混合料的流動性也越好；②UHMWPE與PE共混，PE的添加量在30%以下，以確保共混料既有良好的加工性，又不會降低太多優(yōu)異性能；④UHMWPE中加入3~5%的層狀納米硅酸鹽，熔體流動指數(shù)可以達到2~4g/10min；⑤UHMWPE中加入1%的熱解硅石，可以作為聚乙烯的成核劑來改善流動性。加入偶聯(lián)處理過的二硫化鉬、石墨、超細炭黑、超細玻璃微珠、碳纖維、聚四氟乙烯等可以降低摩擦系數(shù)、提高耐磨性；而加入橡膠、聚氨酯等則提高摩擦系數(shù)。用等離子體交聯(lián)處理后，可提高UHMWPE的使用溫度達到200℃；在UHMWPE中填充偶聯(lián)處理過的無機填料（如玻璃微珠、硅灰石、滑石粉、云母、碳酸鈣等）可以明顯提高熱變形溫度HDT。超高分子量聚乙烯是指分子量在300萬以上的線性結(jié)構(gòu)聚乙烯，是綜合性能最好的工程塑料，其耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、自潤滑、吸收沖擊能—這五個性能是現(xiàn)有塑料中最好的，在國際上被稱為“令人驚異的材料”。超高分子量聚乙烯（UltraHighMolecularWeightPolyethylene）因其所具有的優(yōu)越性能，目前已在國民工業(yè)的各個部門得到了廣泛應(yīng)用。UHMW-PE已在紡織、造紙、包裝、運輸、機械、化工、采礦、石油、農(nóng)業(yè)、建筑、電氣、食品、醫(yī)療、體育等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并開始進入常規(guī)兵器、船舶、汽車等領(lǐng)域。紡織機械是UHMWPE最早應(yīng)用的領(lǐng)域。目前，國外在每臺紡織機械應(yīng)用的UHMWPE零件平均有30件，如投梭器、打梭棒、齒輪、聯(lián)結(jié)器、掃花桿、緩沖塊、偏心輪、桿軸套、擺動后梁等耐沖擊磨損零件。造紙機械是UHMWPE應(yīng)用的第二個領(lǐng)域。目前，在造紙機械應(yīng)用UHMWPE的用量占總量的10%，如采用UHMWPE制造造紙機的刮水板、吸水箱蓋板、導(dǎo)流板、水翼、壓密部件、接頭、密封軸桿、偏導(dǎo)輪、刮刀、過濾器等。用UHMWPE取代改性氟塑料制作導(dǎo)軌，傳送裝置的滑塊座、固定板等，UHMW-PE導(dǎo)軌，墊條，護攔（塑鋼）。用UHMWPE可制作齒輪、凸輪、葉輪、滾輪、滑輪、軸承、軸瓦、軸套、銷軸、墊片、密封墊、彈性聯(lián)軸節(jié)、螺釘、管卡等。如碼頭、橋梁墩的防護板。用UHMWPE可制作粉狀類的襯里，如：料倉，料斗，溜槽等回流裝置，滑動面，滾筒等。煤斗、粉狀類產(chǎn)品斗等倉斗類內(nèi)襯的儲存?zhèn)}料斗襯板。用UHMW-PE制作太陽能設(shè)備的溫水容器，是目前UHMWPE應(yīng)用得最廣泛的領(lǐng)域之一。用UHMW-PE制作化學(xué)工業(yè)部件，如：密封填板、填密料、真空模盒、泵部件、軸承襯瓦、齒輪、密封結(jié)合等。在飲料輕工行業(yè)中，主要利用其杰出的耐磨性、耐沖擊性、自潤滑性和無毒性制造各種齒輪、凸輪、輸送線耐磨護欄、墊條、導(dǎo)軌以及各種減摩、自潤滑的軸套、襯里等。如：食品機械的護軌、星形輪、導(dǎo)向昆齒輪、軸承襯瓦等。用UPE可制作天輪襯墊、鋼絲繩地輥、提升箕斗、罐耳、罐道梁、皮帶托輥、輸送機刮板、擋板、溜槽、噴漿機摩擦板等。前，超高分子量聚乙烯板材的應(yīng)用范圍越來越廣泛，其種類也越來越多，我們?nèi)绾螌ζ溥M行鑒定區(qū)分呢?起源化工教您幾招：飲料食品機械：利用耐磨性、耐沖擊性、不粘結(jié)、衛(wèi)生無毒性，制作工作板、輸送、齒輪等。水處理：污水處理廠的污泥刮板、螺旋輸送機襯板、泥漿泵葉輪、泵軸套、澄清裝置齒輪和沉淀池的襯板等。醫(yī)療器械：人體植入物、人造關(guān)節(jié)、矯形外科器械和支架、外科手術(shù)器。紡織機械：利用抗沖擊性、耐磨性和自潤滑性，如36齒輪、梭彈架機緩沖擋板、軸承襯瓦等。汽車制造：超高分子量聚乙烯制品不僅能夠減少零件數(shù)量，在降低噪聲方面也起到了很好的作用。生產(chǎn)廠家應(yīng)利用超高分子量聚乙烯制品成型的特點，盡量是多個零件一體化，減少數(shù)目，設(shè)法達到一次成型復(fù)雜零件的目的。汽車超高分子量聚乙烯的使用量每年呈增長趨勢。超高分子量聚乙烯英文名ultra-highmolecularweightpolyethylene(簡稱UHMWPE)，是分子量150萬以上的無支鏈的線性聚乙烯。分子式：—(—CH2-CH2—)—n—，密度：920～964g/cm3。熱變形溫度(46MPa)85℃，熔點130～136℃。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一種線型結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料。其發(fā)展十分迅速，80年代以前，世界平均年增長率為5%，進入80年代以后，增長率高達15%～20%。而我國的平均年增長率在30%以上。1978年世界消耗量為12，000～12，500噸，而到1990年世界需求量約5萬噸，其中美國占70%。2007-2009年中國逐步成為世界工程塑料工廠，超分子量聚乙烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展更是十分迅速，以下為發(fā)展史：凝膠紡絲法和增塑紡絲法的出現(xiàn)使超高分子量聚乙烯在技術(shù)上取得重大突破；上世紀70年代，英國利茲大學(xué)的Capaccio和Ward首先研制成功分子量為10萬的高分子量聚乙烯纖維；1975年荷蘭利用十氫萘做溶劑發(fā)明了凝膠紡絲法(Gelspinning)，成功制備出了UHMWPE纖維，并于1979年申請了專利。此后經(jīng)過十年的努力研究，證實凝膠紡絲法是制造高強聚乙烯纖維的有效方法，具有工業(yè)化前途；1983年日本采用凝膠擠壓超倍拉伸法，以石蠟作溶劑，生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維；在中國超高分子量聚乙烯管材在2001年被科學(xué)技術(shù)部國科計字(2000)056號文件列為國家科技成果重點推廣計劃，屬化工類新材料、新產(chǎn)品。國家計委科技部將超高分子量聚乙烯管材列為當前優(yōu)先發(fā)展的高科技產(chǎn)業(yè)重點領(lǐng)域項目。超高分子量聚乙烯是一種高分子化合物，很難加工，并且具有超強的耐磨性、自潤滑性，強度比較高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗老化性能強，所以在辨別真假高分子聚乙烯時，一定要注意它的這幾項特性，具體辨別方法如下：稱重法則：純超高分子量聚乙烯制成的產(chǎn)品的比重在93-95之間，密度較小，能浮于水面。如果不是純正的聚乙烯材料，將會沉入水底。目視方法：真正的超高分子量聚乙烯表面平整、均勻、光滑而且切面密度非常均勻，如果不是純正的聚乙烯材料色澤暗淡而且密度不勻。邊緣測試法：純正的超高分子量聚乙烯翻邊端面圓潤、均勻、光滑，如果不是純正的聚乙烯材料翻邊端面有裂紋，且在加熱后翻邊時會出現(xiàn)掉渣現(xiàn)象。由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）熔融狀態(tài)的粘度高達108Pa*s，流動性極差，其熔體指數(shù)幾乎為零，所以很難用一般的機械加工方法進行加工。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展，通過對普通加工設(shè)備的改造，已使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）由最初的壓制-燒結(jié)成型發(fā)展為擠出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。(1)壓制燒結(jié)是超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）最原始的加工方法。此法生產(chǎn)效率頗低，易發(fā)生氧化和降解。為了提高生產(chǎn)效率，可采用直接電加熱法(2)超高速熔結(jié)加工法，采用葉片式混合機，葉片旋轉(zhuǎn)的最大速度可達150m/s，使物料僅在幾秒內(nèi)就可升至加工溫度。擠出成型設(shè)備主要有柱塞擠出機、單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機。雙螺桿擠出多采用同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。60年代大都采用柱塞式擠出機，70年代中期，日、美、西德等先后開發(fā)了單螺桿擠出工藝。日本三井石油化學(xué)公司最早于1974年取得了圓棒擠出技術(shù)的成功。我國于1994年底研制出Φ45型超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）專用單螺桿擠出機，并于1997年取得了Φ65型單螺桿擠出管材工業(yè)化生產(chǎn)線的成功。日本三井石油化工公司于1974年開發(fā)了注塑成型工藝，并于1976年實現(xiàn)了商業(yè)化，之后又開發(fā)了往復(fù)式螺桿注塑成型技術(shù)。1985年美國Hoechst公司也實現(xiàn)了超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的螺桿注塑成型工藝。我國1983年對國產(chǎn)S-ZY-125A型注射機進行了改造，成功地注射出啤酒罐裝生產(chǎn)線用超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）托輪、水泵用軸套，1985年又成功地注射出醫(yī)用人工關(guān)節(jié)等。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）加工時，當物料從口模擠出后，因彈性恢復(fù)而產(chǎn)生一定的回縮，并且?guī)缀醪话l(fā)生下垂現(xiàn)象，故為中空容器，特別是大型容器，如油箱、大桶的吹塑創(chuàng)造了有利的條件。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）吹塑成型還可導(dǎo)致縱橫方向強度均衡的高性能薄膜，從而解決了HDPE薄膜長期以來存在的縱橫方向強度不一致，容易造成縱向破壞的問題。以凍膠紡絲—超拉伸技術(shù)制備高強度、高模量聚乙烯纖維是70年代末出現(xiàn)的一種新穎紡絲方法。荷蘭DSM公司最早于1979年申請專利，隨后美國Allied公司、日本與荷蘭聯(lián)合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。中國紡織大學(xué)化纖所從1985年開始該項目的研究，逐步形成了自己的技術(shù)，制得了高性能的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纖維。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）凍膠紡絲過程簡述如下：溶解超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）于適當?shù)娜軇┲?，制成半稀溶液，?jīng)噴絲孔擠出，然后以空氣或水驟冷紡絲溶液，將其凝固成凍膠原絲。在凍膠原絲中，幾乎所有的溶劑被包含其中，因此超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）大分子鏈的解纏狀態(tài)被很好地保持下來，而且溶液溫度的下降，導(dǎo)致凍膠體中超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）折疊鏈片晶的形成。這樣，通過超倍熱拉伸凍膠原絲可使大分子鏈充分取向和高度結(jié)晶，進而使呈折疊鏈的大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨湥瑥亩频酶邚姸?、高模量纖維。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纖維是當今世界上第三代特種纖維，強度高達8cN/dtex,比強度是化纖中最高的，又具有較好的耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、耐光等優(yōu)良性能。它可直接制成繩索、纜繩、漁網(wǎng)和各種織物：防彈背心和衣服、防切割手套等，其中防彈衣的防彈效果優(yōu)于芳綸。國際上已將超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纖維織成不同纖度的繩索，取代了傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩等。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纖維的復(fù)合材料在軍事上已用作裝甲兵器的殼體、雷達的防護外殼罩、頭盔等；體育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。潤滑擠出(注射)成型技術(shù)是在擠出(注射)物料與模壁之間形成一層潤滑層，從而降低物料各點間的剪切速率差異，減小產(chǎn)品的變形，同時能夠?qū)崿F(xiàn)在低溫、低能耗條件下提高高粘度聚合物的擠出(注射)速度。產(chǎn)生潤滑層的方法主要有兩種：自潤滑和共潤滑。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的自潤滑擠出(注射)是在其中添加適量的外部潤滑劑，以降低聚合物分子與金屬模壁間的摩擦與剪切，提高物料流動的均勻性及脫模效果和擠出質(zhì)量。外部潤滑劑主要有高級脂肪酸、復(fù)合脂、有機硅樹脂、石臘及其它低分子量樹脂等。擠出(注射)加工前，首先將潤滑劑同其它加工助劑一起混入物料中，生產(chǎn)時，物料中的潤滑劑滲出，形成潤滑層，實現(xiàn)自潤滑擠出(注射)。有專利報道：將70份石蠟油、30份超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）和1份氧相二氧化硅(高度分散的硅膠)混合造粒，在190℃的溫度下就可實現(xiàn)順利擠出(注射)。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的共潤滑擠出(注射)有兩種情況，一是采用縫隙法將潤滑劑壓入到模具中，使其在模腔內(nèi)表面和熔融物料間形成潤滑層；二是與低粘度樹脂共混，使其作為產(chǎn)物的一部分。如：生產(chǎn)超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）薄板時，由定量泵向模腔內(nèi)輸送SH200有機硅油作潤滑劑，所得產(chǎn)品外觀質(zhì)量有明顯提高，特別是由于擠出變形小，增加了拉伸強度。輥壓成型是一種固態(tài)加工方法，即在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的熔點以下對其施加高壓，通過粒子形變，有效地將粒子與粒子融合。主要設(shè)備是一帶有螺槽的旋轉(zhuǎn)輪和一帶有舌槽的弓形滑塊，舌槽與螺槽垂直。在加工過程中有效地利用了物料與器壁之間的摩擦力，產(chǎn)生的壓力足夠使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）粒子發(fā)生形變。在機座末端裝有加熱支臺，經(jīng)過?？跀D出物料。如將此項輥壓裝置與擠壓機聯(lián)用，可使加工過程連續(xù)化。把超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）樹脂粉末在140℃～275℃之間進行1min～30min的短期加熱，發(fā)現(xiàn)超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的某些物理性能出人意料地大大改善。用熱處理過的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）粉料壓制出的制品和未熱處理過的UHMPWE制品相比較，前者具有更好的物理性能和透明性，制品表面的光滑程度和低溫機械性能大大提高了。采用射頻加工超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一種嶄新的加工方法，它是將超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）粉末和介電損耗高的炭黑粉末均勻混合在一起，用射頻輻照，產(chǎn)生的熱可使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）粉末表面發(fā)生軟化，從而使其能在一定壓力下固結(jié)。用這種方法可在數(shù)分鐘內(nèi)模壓出很厚的大型部件，其加工效率比超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）常規(guī)模壓加工高許多倍。將超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）溶解在揮發(fā)溶劑中，連續(xù)擠出，然后經(jīng)一個熱可逆凝膠/結(jié)晶過程，使其成為一種濕潤的凝膠膜，蒸除溶劑使膜干燥。由于已形成的骨架結(jié)構(gòu)限制了凝膠的收縮，在干燥過程中產(chǎn)生微孔，經(jīng)雙軸拉伸達到最大空隙率而不破壞完整的多孔結(jié)構(gòu)。這種材料可用作防水、通氧織物和耐化學(xué)品服裝，也可用作超濾/微量過濾膜、復(fù)合薄膜和蓄電池隔板等。與其它方法相比，由此法制備的多孔超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）膜具有最佳的孔徑、強度和厚度等綜合性能。與其它工程塑料相比，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）具有表面硬度和熱變形溫度低、彎曲強度以及蠕變性能較差等缺點。這是由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的分子結(jié)構(gòu)和分子聚集形態(tài)造成的，可通過填充和交聯(lián)的方法加以改善。采用玻璃微珠、玻璃纖維、云母、滑石粉、二氧化硅、三氧化二鋁、二硫化鉬、炭黑等對超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）進行填充改性，可使表面硬度、剛度、蠕變性、彎曲強度、熱變形溫度得以較好地改善。用偶聯(lián)劑處理后，效果更加明顯。如填充處理后的玻璃微珠，可使熱變形溫度提高30℃。玻璃微珠、玻璃纖維、云母、滑石粉等可提高硬度、剛度和耐溫性；二硫化鉬、硅油和專用蠟可降低摩擦因數(shù)，從而進一步提高自潤滑性；炭黑或金屬粉可提高抗靜電性和導(dǎo)電性以及傳熱性等。但是，填料改性后沖擊強度略有下降，若將含量控制在40%以內(nèi)，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）仍有相當高的沖擊強度。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）樹脂的分子鏈較長，易受剪切力作用發(fā)生斷裂，或受熱發(fā)生降解。因此，較低的加工溫度，較短的加工時間和降低對它的剪切是非常必要的。為了解決超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的加工問題，除對普通成型機械進行特殊設(shè)計外，還可對樹脂配方進行改進：與其它樹脂共混或加入流動改性劑，使之能在普通擠出機和注塑機上成型加工，這就是2中介紹的潤滑擠出(注射)。共混法改善超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的熔體流動性是最有效、最簡便和最實用的途徑。這方面的技術(shù)多見于專利文獻。共混所用的第二組份主要是指低熔點、低粘度樹脂，有LDPE、HDPE、PP、聚酯等，其中使用較多的是中分子量PE(分子量40萬～60萬)和低分子量PE(分子量<40萬)。當共混體系被加熱到熔點以上時，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）樹脂就會懸浮在第二組份樹脂的液相中，形成可擠出、可注射的懸浮體物料。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）與分子量低的LDPE(分子量1，000～20，000，以5，000～12，000為最佳)共混可使其成型加工性獲得顯著改善，但同時會使拉伸強度、撓曲彈性等力學(xué)性能有所下降。HDPE也能顯著改善超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的加工流動性，但也會引起沖擊強度、耐摩擦等性能的下降。為使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）共混體系的力學(xué)性能維持在一較高水平，一個有效的補償辦法是加入PE成核劑，如苯甲酸、苯甲酸鹽、硬脂酸鹽、己二酸鹽等，可以借PE結(jié)晶度的提高，球晶尺寸的微細均化而起到強化作用，從而有效阻止機械性能的下降。有專利指出，在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）/HDPE共混體系中加入很少量的細小的成核劑硅灰石(其粒徑尺寸范圍5nm～50nm，表面積100m2/g～400m2/g)，可很好地補償機械性能的降低。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的化學(xué)結(jié)構(gòu)雖然與其它品種的PE相近，但在一般的熔混設(shè)備和條件下，它們的共混物都難以形成均勻的形態(tài)，這可能與組份之間粘度相差懸殊有關(guān)。采用普通單螺桿混煉得到的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）/LDPE共混物，兩組份各自結(jié)晶，不能形成共晶，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）基本上以填料形式分散于LDPE基體中。熔體長時間處理和使用雙輥煉塑機混煉，兩組份之間作用有所加強，性能亦有進一步的改善，不過仍不能形成共晶的形態(tài)。Vadhar發(fā)現(xiàn)，當采用兩步共混法，即先在高溫下將超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）熔融，再降到較低溫度下加入LLDPE進行共混，可獲得形成共晶的共混物。Vadher用溶液共混法也得到了能形成共晶的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）/LLDPE共混物。對于未加成核劑的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）/PE體系，其在冷卻過程中會形成較大的球晶，球晶之間存在著明顯的界面，而在這些界面上存在著由分子鏈排布不同引起的內(nèi)應(yīng)力，由此會導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，所以與基體聚合物相比，共混物的拉伸強度常常有所下降。當受到外力沖擊時裂紋會很快地沿球晶界面發(fā)展而導(dǎo)致最后的破碎，因此又引起沖擊強度的下降。流動改進劑促進了長鏈分子的解纏，并在大分子之間起潤滑作用，改變了大分子鏈間的能量傳遞，從而使得鏈段位移變得容易，改善了聚合物的流動性。用于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的流動改進劑主要是指脂肪族碳氫化合物及其衍生物。其中脂肪族碳氫化合物有：碳原子數(shù)在22以上的n-鏈烷烴及以其作主成分的低級烷烴混合物；石油分裂精制得到的石蠟等。其衍生物是指末端含有脂肪族烴基、內(nèi)部含有1個或1個以上(最好為1個或2個)羧基、羥基、酯基、羰基、氮基甲?；?、巰基等官能團；碳原子數(shù)大于8(最好為12～50)并且分子量為130～2000(以200～800為最佳)的脂肪酸、脂肪醇、脂肪酸酯、脂肪醛、脂肪酮、脂肪族酰胺、脂肪硫醇等。舉例來說，脂肪酸有：癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬酯酸、油酸等。我國制備了一種有效的流動劑(MS2)，添加少量(6%～8%)就能顯著改善超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的流動性，使其熔點下降達10℃之多，能在普通注塑機上注塑成型，而且拉伸強度僅有少許降低。另外，用苯乙烯及其衍生物改性超高分子量聚乙烯（UHMW-PE），除可改善加工性能使制品易于擠出外，還可保持超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）優(yōu)良的耐摩擦性和耐化學(xué)腐蝕性；1，1-二苯基乙炔、苯乙烯衍生物、四氫化萘皆可使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）獲得優(yōu)良的加工性能，同時使材料具有較高的沖擊強度和耐磨損性。交聯(lián)是為了改善形態(tài)穩(wěn)定性、耐蠕變性及環(huán)境應(yīng)力開裂性。通過交聯(lián)，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的結(jié)晶度下降，被掩蓋的韌性復(fù)又表現(xiàn)出來。交聯(lián)可分為化學(xué)交聯(lián)和輻射交聯(lián)?；瘜W(xué)交聯(lián)是在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）中加入適當?shù)慕宦?lián)劑后，在熔融過程中發(fā)生交聯(lián)。輻射交聯(lián)是采用電子射線或γ射線直接對超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）制品進行照射使分子發(fā)生交聯(lián)。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的化學(xué)交聯(lián)又分為過氧化物交聯(lián)和偶聯(lián)劑交聯(lián)。過氧化物交聯(lián)工藝分為混煉、成型和交聯(lián)三步?；鞜挄r將超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）與過氧化物熔融共混，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）在過氧化物作用下產(chǎn)生自由基，自由基偶合而產(chǎn)生交聯(lián)。這一步要保證溫度不要太高，以免樹脂完全交聯(lián)。經(jīng)過混煉后得到交聯(lián)度很低的可繼續(xù)交聯(lián)型超高分子量聚乙烯（UHMW-PE），在比混煉更高的溫度下成型為制件，再進行交聯(lián)處理。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）經(jīng)過氧化物交聯(lián)后在結(jié)構(gòu)上與熱塑性塑料、熱固性塑料和硫化橡膠都不同，它有體型結(jié)構(gòu)卻不是完全交聯(lián)，因此在性能上兼有三者的特點，即同時具有熱可塑性和優(yōu)良的硬度、韌性以及耐應(yīng)力開裂等性能。國外曾報道用2，5-二甲基-2，5雙過氧化叔丁基己炔-3作交聯(lián)劑，但國內(nèi)很難找到。清華大學(xué)用廉價易得的過氧化二異丙苯(DCP)作為交聯(lián)劑進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：DCP用量小于1%時，可使沖擊強度比純超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）提高15%～20%，特別是DCP用量為25%時，沖擊強度可提高48%。隨DCP用量的增加，熱變形溫度提高，可用于水暖系統(tǒng)的耐熱管道。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）主要使用兩種硅烷偶聯(lián)劑：乙烯基硅氧烷和烯丙基硅氧烷，常用的有乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷。偶聯(lián)劑一般要靠過氧化物引發(fā)，常用的是DCP，催化劑一般采用有機錫衍生物。硅烷交聯(lián)超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的成型過程首先是使過氧化物受熱分解為化學(xué)活性很高的游離基，這些游離基奪取聚合物分子中的氫原子使聚合物主鏈變?yōu)榛钚杂坞x基，然后與硅烷產(chǎn)生接枝反應(yīng)，接枝后的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）在水及硅醇縮合催化劑的作用下發(fā)生水解縮合，形成交聯(lián)鍵即得硅烷交聯(lián)超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）。在一定劑量電子射線或γ射線作用下，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）分子結(jié)構(gòu)中的一部分主鏈或側(cè)鏈可能被射線切斷，產(chǎn)生一定數(shù)量的游離基，這些游離基彼此結(jié)合形成交聯(lián)鏈，使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的線型分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀大分子結(jié)構(gòu)。經(jīng)一定劑量輻照后，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的蠕變性、浸油性和硬度等物理性能得到一定程度的改善。用γ射線對人造超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）關(guān)節(jié)進行輻射，在消毒的同時使其發(fā)生交聯(lián)，可增強人造關(guān)節(jié)的硬度和親水性，并且使耐蠕變性得以提高，從而延長其使用壽命。有研究表明，將輻照與PTFE接枝相結(jié)合，也可改善超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的磨損和蠕變行為。這種材料具有組織容忍性，適于體內(nèi)移植。液晶高分子原位復(fù)合材料是指熱致液晶高分子(TLCP)與熱塑性樹脂的共混物，這種共混物在熔融加工過程中，由于TLCP分子結(jié)構(gòu)的剛直性，在力場作用下可自發(fā)地沿流動方向取向，產(chǎn)生明顯的剪切變稀行為，并在基體樹脂中原位就地形成具有取向結(jié)構(gòu)的增強相，即就地成纖，從而起到增強熱塑性樹脂和改善加工流動性的作用。清華大學(xué)趙安赤等采用原位復(fù)合技術(shù)，對超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）加工性能的改進取得了明顯的效果。用TLCP對超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）進行改性，不僅提高了加工時的流動性，采用通常的熱塑加工工藝及通用設(shè)備就能方便地進行加工，而且可保持較高的拉伸強度和沖擊強度，耐磨性也有較大提高。高分子合成中的聚合填充工藝是一種新型的聚合方法，它是把填料進行處理，使其粒子表面形成活性中心，在聚合過程中讓乙烯、丙烯等烯烴類單體在填料粒子表面聚合，形成緊密包裹粒子的樹脂，最后得到具有獨特性能的復(fù)合材料。它除具有摻混型復(fù)合材料性能外，還有自己本身的特性：首先是不必熔融聚乙烯樹脂，可保持填料的形狀，制備粉狀或纖維狀的復(fù)合材料；該復(fù)合材料不受填料/樹脂組成比的限制，一般可任意設(shè)定填料的含量；另外，所得復(fù)合材料是均勻的組合物，不受填料比重、形狀的限制。與熱熔融共混材料相比，由聚合填充工藝制備的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）復(fù)合材料中，填料粒子分散良好，且粒子與聚合物基體的界面結(jié)合也較好。這就使得復(fù)合材料的拉伸強度、沖擊強度與超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）相差不大，卻遠遠好于共混型材料，尤其是在高填充情況下，對比更加明顯，復(fù)合材料的硬度、彎曲強度，尤其是彎曲模量比純超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）提高許多，尤其適用作軸承、軸座等受力零部件。而且復(fù)合材料的熱力學(xué)性能也有較好的改善：維卡軟化點提高近30℃，熱變形溫度提高近20℃，線膨脹系數(shù)下降20%以上。因此，此材料可用于溫度較高的場合，并適于制造軸承、軸套、齒輪等精密度要求高的機械零件。采用聚合填充技術(shù)還可通過向聚合體系中通入氫或其它鏈轉(zhuǎn)移劑，控制超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）分子量大小，使得樹脂易加工。美國專利用具有酸中性表面的填料：水化氧化鋁、二氧化硅、水不溶性硅酸鹽、碳酸鈣、堿式碳酸鋁鈉、羥基硅灰石和磷酸鈣制成了高模量的均相聚合填充超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）復(fù)合材料。另有專利指出，在60℃，3MPa且有催化劑存在的條件下，使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）在庚烷中干燥的氧化鋁表面聚合，可得到高模量的均相復(fù)合材料。齊魯石化公司研究院分別用硅藻土、高嶺土作為填料合成了超高分子量聚乙烯（UHMW-P