Полиетилен с високо молекулно тегло: полиетилен с ултра високо молекулно тегло, UHRPE PE-1000 с висока плътност и свръхмолекулно тегло

Приложение

Във военното дело: създаване на бронежилетки на базата на UHMWPE влакна (балистични жилетки, бронежилетки) от различни класове на защита, каски. При производството на тъкани от UHMWPE влакна се прилагат под различни ъгли (многоосна тъкан от слоеве на еднопосочен UD фурнир - UniDirectional), което увеличава здравината на многослойната опаковка.

В машиностроенето (машини за хартия и др.): Коефициентът на триене на продуктите и износоустойчивостта на UHMWPE е близък до този на флуоропластите, при много по -ниска цена. Частите от UHMWPE се използват за уплътнения в хидравлични и пневматични системи и в агрегати за сухо триене.
В електротехниката: изолатори, кабелна изолация и др.
В транспорта, корабостроенето: UHMWPE панелите са облицовани с корабостроителници. Въжетата и въжетата се използват за теглене, акостиране и закотвяне на кораби: в същото време здравината и износоустойчивостта на такива въжета на единица маса са по -високи от тези на някои марки стомана, техните свойства не се променят, когато са мокри, такива въжета не потъвайте във вода и не се нуждаете от смазване ... Особено известни са кабелите от UHMWPE влакна "Dyneima" ("DSM", Холандия), "Spectra" ("Honiwell", САЩ).
В спорта: защита срещу удари при фехтовка, парашутни въдици, въдица, въжета за алпинизъм, при производството на ски и сноуборд (в комбинация с въглеродни влакна, увеличаваща здравината и гъвкавостта), синтетичен лед (покритие за ледени спортове: хокей, кърлинг) ...
В медицината за създаване на ендопротези на ставите (тазобедрено, коляно, прешлени). Тук се използва главно "зашити" UHMWPE.
Съединение на базата на UHMWPE, UHMWPE гранули. Съставът е предназначен за използване в термопластични машини като основен полимер или добавка, която повишава износоустойчивостта, устойчивостта на напукване, якостта на счупване, надеждността при ниски температури и химическата устойчивост. UHMWPE гранули: листове, плочи, плочи, филм, тръба, обвивка за кабелни продукти, профил.
UHMWPE тръба. Това са устойчиви на износване тръбопроводни системи за специфични операции при преместване на абразивни материали: минерали, въглища, фураж, отпадъци; вътрешни инсталации за отпадъци, суспензии, пасти и др., на технологични потоци.
Платовете UHMWPE се използват и за производството на устойчиви на наранявания ръкавици в спорта, медицината и промишлеността (устойчиви на рязане ръкавици, устойчиви на износване ръкавици).

Предимства и недостатъци

Материалът има редица значителни предимства. Основните предимства са следните:

отлична устойчивост на износване и механично износване; полимер с висока плътност има висока устойчивост на удар;
устойчивост на пукнатини, стружки и други видове деформации;
устойчивост на температурни колебания, поради което материалът може да работи както при прекомерно високи, така и при минимални температурни показатели;
устойчивост на влага и агресивни вещества (с изключение на окислители); тази характеристика се постига поради липсата на амиди, естери или хидроксилни групи в материала, които са податливи на химически агресивни вещества;
устойчивост на слънчева радиация;
високи хигиенни свойства - материалът не е податлив на атаки от патогенни микроорганизми; върху него не се образуват гъбички и мухъл;
добра електроизолационна и диелектрична способност;
Полиетилен PE-500 има отлична заваряемост;
радиационна устойчивост.

Полиетиленът с високо молекулно тегло е сравнително нов.Произвежда се от 2 местни предприятия (Томскнефтехим и Казаноргсинтез). Технологията на производство е сложна и скъпа, което влияе върху цената на крайния продукт.

Методи на обработка

Полиетиленът с високо молекулно тегло се произвежда съгласно стандарти, съответстващи на ГОСТ 16338-85. При производството се използва методът на синтез на етилен под въздействието на металоценови катализатори. В момента има няколко известни метода за обработка на полимери.

Спекане и горещо пресоване

Благодарение на тези методи се получават широкоформатен монолитен полиетилен, плочи и цилиндри. В процеса на по -нататъшна обработка от тях се получават рендосани ленти и различни механизми за оборудване. Технологията на производство предполага студено пресоване на полимерния прах в заготовки и последващото им синтероване при температура +200 градуса. В резултат на термична обработка се получават полуфабрикати - монолити, плочи и блокове.

Екструзия с бутало

Производственият процес се състои в топене на суровината при високи температури до хомогенна каучукова маса. От него с помощта на специални устройства с дюзи се изстискват пръти, тръби или ленти с различна дължина.

Гел се върти

Технологията на производство включва няколко етапа: разтваряне на суровината в парафиново масло и форсиране на получената маса през тънки отвори във вода. В резултат на това се получават прежди, които впоследствие се изгарят в пещно оборудване с едновременно изтегляне на влакна и отстраняване на разтворители. При обработка чрез гел-предене се получават свръхсилни влакна.

Имоти

Поради структурата на молекулите, UHMWPE е термопластично вещество със сравнително ниска точка на топене (135-190 ° C); следователно не се препоръчва да се използват продуктите от UHMWPE при температури над 80-100 ° C. Когато се нагрява над точката на топене, UHMWPE не преминава във вискозно течащо състояние, а само в силно пластично. Повърхността на UHMWPE продуктите е гладка на допир.

UHMWPE има много ниска абсорбция на вода за органични полимерни съединения, в диапазона от 0,01-0,05%, което се дължи на липсата на полярни групи (естерни, амидни, хидроксилни групи) в молекулите на UHMWPE. Следователно, свойствата на UHMWPE не се променят при излагане на вода (за сравнение, в кевлар силата при намокряне се намалява 2 пъти поради нарушаване на слабите водородни връзки на амидни групи, при изсушаване здравината не се възстановява напълно ). UHMWPE също е устойчив на повечето киселини и основи, UV и гама радиация и микроорганизми.

Специфичното тегло на чиста UHMWPE е приблизително 0,93-0,94, g / cm³ с добавки - 0,95 g / cm³. Съотношението на якост на опън към тегло на UHMWPE е с 40% по -високо от това на арамидни съединения като кевлар. При наличието на дълготраен статичен товар, действащ върху напрежението, UHMWPE се деформира, докато има механично напрежение (това свойство се нарича пълзене).

UHMWPE има достатъчно висок модул на еластичност при огъване-около 1 GPa и разкъсване на опън или огъване от 20-40 MPa (~ 4 kgf / mm²), като по този начин отстъпва по отношение на напреженията на скъсване на най-добрите високолегирани нисковъглеродни високо -чисти стомани 50-100 пъти, и модул на еластичност-200 пъти (например инструменталната стомана 4X5MFS след нискотемпературна термомеханична обработка или формоване има напрежение на счупване σ_б≈250 kgf / mm² и точка на добив σ_0,2≈180-230 kgf / mm²). Въпреки това, поради ниската плътност, 8–8,5 пъти по-ниска от тази на стоманите, и високата якост на умора (издръжливост), продуктите от UHMWPE могат да се конкурират по якост / собствено тегло с продукти, изработени от структурни стомани с ниска якост и дори да ги надминат.

Основните свойства на UHMWPE, които определят използването му, са много висока износоустойчивост, нисък коефициент на триене и висока якост на разрушаване (надеждност при ниски температури). Така че, по отношение на износоустойчивостта, UHMWPE надминава Teflons и дори въглеродната стомана по отношение на износоустойчивостта на UHMWPE при приемливи работни температури и някои абразиви. Коефициентът на триене на UHMWPE (върху стомана) е около 0,1. Коефициент на ударна якост - 170 kJ / m2 (с прорез - до 80 kJ / m2), работни температури - от минус 150 ° С или дори минус 260 ° С (според други източници - от минус 80 ° С) до плюс 80 -90 ° С.

Какво е?

Този материал принадлежи към един от видовете пластмасово полимеризиран етилен. Характеристиката му е удължени линейни молекулни връзки, ориентирани в същата посока. Такива вериги се отличават с по -добро възприемане и прехвърляне на товари.

На външен вид полиетиленът с високо молекулно тегло прилича на пластмаса. Той е твърд, без мирис и не съдържа токсични вещества. Материалът се получава чрез синтез на етиленови и металоценови катализатори в инсталации с ниско налягане. На етапа на производство към суровините се добавя цвят, който придава цвят на полимеризирания етилен.

Производителите също произвеждат полимер с ултра-високо молекулно тегло (ултра-високо молекулно тегло) с молекулно тегло над 10 000 000 единици. (PE-1000). Що се отнася до якостните характеристики, той няколко пъти превъзхожда някои видове въглеродни и неръждаеми стомани.

Свойства и характеристики на материала

Полиетиленът с висока якост има дълги молекулни вериги, които са почти успоредни една на друга. Тази структурна характеристика осигурява показатели за висока якост. Между някои молекули обаче възникват слаби връзки, поради което материалът не може да се нарече термоустойчив. Работните му температури са до + 100 ° С. С увеличаване на температурните индикатори до +140 градуса, полимерът се топи и се превръща във вискозна маса.

Полимерът PE-1000 има следните технически характеристики:

водопоглъщане - 0,01-0,05%;
специфично тегло - 0,93-0,94 g / cm³;
модул на огъване - не повече от 1 GPa;
коефициентът на триене е около 0,1;
коефициент на якост на удар - 160-170 kJ / m²;
удължаване на огъване - 8-10%;
повърхностно съпротивление - 1014 ома.

Приложения

Поради уникалните си свойства полиетиленът с високо молекулно тегло се използва в различни области. Често се използва като аналог, като замества различни цветни метали, високолегирани стомани и други материали.

В медицината

Свръхсилният полимер се използва за производството на импланти от 1962 г. насам. Днес тя се използва за производство на протези за тазобедрени стави в хирургията и зъбни импланти в стоматологията. Материалът се използва за създаване на различни ортопедични изделия.

В химическата, хранителната и леката промишленост

Материалът се използва за производство на оборудване и компоненти за производство на храни, контейнери за съхранение и транспортиране на химически агресивни вещества, бутилки за козметика, бъчви, резервоари.

Във военната индустрия

Силните полимерни влакна се използват за производство на лични предпазни средства за персонала по сигурността. По -специално от тях са направени бронежилетки и каски. Получената броня е лека, но в същото време надеждно предпазва от рани от куршуми. И също с помощта на този полимер се бронира специално оборудване.

В машиностроенето

Полиетиленът с висока якост се използва за производството на части, работещи в хидравлични или маслени среди. Използва се за производство на лагери, втулки, втулки, зъбни колела - части, подложени на висока степен на механично износване. Резервните части за пневматични инсталации с повишено работно налягане са изработени от здрав полимер PE-1000.

Спортни стоки и оборудване

Материалът се използва при производството на костюми за фехтовка, униформи за алпинизъм, ски, сноуборд.

Многобройни потребителски стоки са направени от полимер с висока якост. Те включват цветарство и обзавеждане за баня, домакински предмети и градински инструменти. Използва се за производство на мебели, детски играчки, мобилни тоалетни и оборудване за подреждане на детски площадки.