Tính chất cơ bản của polyetylen trọng lượng phân tử cực cao (UHMWPE)

Polyetylen trọng lượng phân tử siêu cao (UHMWPE) thường đề cập đến polyetylen với khối lượng phân tử tương đối từ 150 × 104 trở lên, và là một loại nhựa kỹ thuật mới. Mật độ của UHMWPE với khối lượng phân tử tương đối trung bình là 200 × 104 chỉ là 0,935g/cm3, thấp hơn so với tất cả các loại nhựa kỹ thuật khác, thường thấp hơn 50% so với PTFE và thấp hơn 30% so với của paraformaldehyd, vì vậy các sản phẩm của nó được đặc trưng bởi trọng lượng nhẹ. UHMWPE có nhiều tính chất cơ học tuyệt vời, tính chất vật lý, tính chất hóa học, rất chống hao mòn, chống ăn mòn, chống va đập, tự bôi trơn, yếu tố ma sát thấp, hấp thụ nước thấp, không dễ tuân thủ các đối tượng nước ngoài, vệ sinh và vệ sinh Không độc hại, tái chế và kháng nhiệt độ thấp, v.v., đặc biệt, khả năng chống mài mòn của nó đặc biệt nổi bật. Thiếu sót của nó là khả năng chống nhiệt kém, độ cứng thấp, độ bền kéo thấp, đặc tính chống cháy ngọn lửa kém.

1. Dữ liệu hiệu suất của UHMWPE

2. Tính chất cơ học

(1) Khả năng chống va đập

Sức mạnh tác động của UHMWPE là một trong những loại tốt nhất trong toàn bộ nhựa kỹ thuật. UHMWPE có thể duy trì khả năng chịu tác động tuyệt vời ngay cả ở nhiệt độ thấp và ngay cả trong nitơ lỏng (-196 ℃), UHMWPE cũng có cường độ tác động tốt, là một đặc tính mà các loại nhựa khác không có. Sức mạnh tác động của nó bắt đầu tăng lên khi sự gia tăng khối lượng phân tử tương đối, khối lượng phân tử tương đối 150 × 104 hoặc lâu hơn để đạt được giá trị tối đa của nó, và sau đó với khối lượng phân tử tương đối của sự gia tăng và giảm dần. Sức mạnh tác động của UHMWPE gấp khoảng 2 lần so với polycarbonate, ABS 5 lần, PA, paraformaldehyd và PBT hơn 10 lần.

(2) Khả năng chống mài mòn

Khả năng chống mài mòn của UHMWPE đứng đầu danh sách các loại nhựa, cao hơn nhiều lần so với thép carbon và đồng thau, và khả năng chống mài mòn của nó có thể được cải thiện hơn nữa khi tăng khối lượng phân tử tương đối. Hình 1-1 cho thấy sự so sánh điện trở hao mòn giữa UHMWPE và các vật liệu khác. Các điều kiện thử nghiệm như sau: vữa bao gồm 2 phần nước và 3 phần hàng loạt của cát; Tốc độ quay của mảnh thử là 900R/phút; Thời gian chạy là 7h.

So sánh khả năng chống mài mòn của UHMWPE với các vật liệu khác

(3) Tự làm sao

UHMWPE có tự bôi trơn tuyệt vời và yếu tố ma sát động thấp tương đương với PTFE. Bảng 1-2 liệt kê việc so sánh hệ số ma sát động giữa UHMWPE và các loại nhựa kỹ thuật khác. Có thể thấy rằng hệ số ma sát động học của UHMWPE theo bôi trơn nước là 1/2 so với PA66 và POM, và trong các điều kiện không bôi trơn, nó chỉ đứng thứ hai sau PTFE, có đặc tính tự bôi trơn tốt nhất trong số các loại nhựa. Khi nó hoạt động ở dạng trượt hoặc xoay, nó có hiệu suất trượt tốt hơn so với thép và đồng thau với việc bổ sung dầu bôi trơn. Hơn nữa, giá của UHMWPE là thấp, vì vậy trong lĩnh vực bộ lạc, nó được coi là vật liệu ma sát với tỷ lệ hiệu suất chi phí rất tốt.

So sánh hệ số ma sát động giữa UHMWPE và các loại nhựa kỹ thuật khác

(4) Độ bền kéo

Sức mạnh năng suất kéo của UHMWPE có liên quan đến khối lượng và mật độ phân tử tương đối, với sự gia tăng khối lượng phân tử tương đối và mật độ giảm, cường độ năng suất kéo cũng giảm; Tuy nhiên, khi mật độ là 0,94g/cm3 hoặc khối lượng phân tử tương đối là hơn 150 × 104, sự thay đổi cường độ năng suất kéo tương đối nhỏ và về cơ bản có xu hướng là giá trị cố định. Độ bền của độ bền kéo chỉ liên quan đến khối lượng phân tử tương đối và ảnh hưởng của mật độ đối với nó về cơ bản là không đáng kể. Trái với sức mạnh năng suất kéo, với sự gia tăng khối lượng phân tử tương đối, độ bền của độ bền kéo được tăng lên tương ứng.

3. Tính chất điện

Giống như polyetylen thông thường, chuỗi phân tử của UHMWPE chỉ bao gồm carbon và hydro, các tính chất điện của UHMWPE không phụ thuộc vào kích thước của khối lượng phân tử tương đối, do đó nó có đặc tính cách nhiệt tuyệt vời. Điện trở suất của nó cao tới 1016 ~ 1018Ω-cm và tiếp tuyến góc mất điện môi là (2 ~ 3) × 10-4. 4.

4. Thuộc tính nhiệt

Điện trở nhiệt của UHMWPE không cao, nhiệt độ sử dụng thường dưới 100. Tuy nhiên, do khối lượng phân tử tương đối của nó rất lớn, do đó, nhiệt độ biến dạng nhiệt và điểm làm mềm Vicat cao hơn so với HDPE thông thường, điểm nóng chảy của UHMWPE (136) giống như HDPE thông thường, HDPE thông thường, Tuy nhiên, UHMWPE có điện trở nhiệt độ thấp rất tốt, tốt nhất trong số tất cả các loại nhựa, nhiệt độ giòn nằm dưới -70, ngay cả khi nhiệt độ helium lỏng (-3) dưới -70 ℃ và nhiệt độ của nhiệt độ helium lỏng . Nhiệt độ độ giòn nằm dưới -70 ° C, và thậm chí ở nhiệt độ helium lỏng (-269 ° C), nó vẫn có một số sức mạnh tác động và khả năng chống mài mòn. Ngay cả ở nhiệt độ helium lỏng (-269), nó vẫn có sức mạnh tác động và khả năng chống mài mòn nhất định. Phạm vi nhiệt độ làm việc là từ -265 đến 100, và nó vẫn có thể duy trì độ bền và sức mạnh tốt mà không cần giòn khi nhiệt độ thấp như -195, do đó nó có thể được sử dụng ở các phần nhiệt độ thấp, đường ống và nhiệt độ rất thấp Các tình huống như ngành công nghiệp hạt nhân.

5. Kháng hóa học

UHMWPE có khả năng kháng hóa chất tuyệt vời. Diethane, ethylene glycol, xăng, heptane, hexane, cyclohexane, carbon disulfide, isopentanol, ethyl ester, methyl isobutyl ketone, benzen methanol, v.v. về sự xuất hiện của không có hiện tượng dị thường, hiệu suất của các loại hầu như không thay đổi. Điều này là do thực tế là polyetylen trọng lượng phân tử cực cao không có nhóm chức năng trong cấu trúc phân tử, và hầu như không có chuỗi phân nhánh và liên kết kép cũng như độ kết tinh cao. Tuy nhiên, nó không ổn định trong axit sunfuric cô đặc, axit clohydric đậm đặc, axit nitric đậm đặc, hydrocarbon halogen và hydrocarbon thơm và các dung môi khác, và tốc độ oxy hóa tăng khi tăng nhiệt độ.

6. Hấp thụ nước

Tỷ lệ hấp thụ nước của UHMWPE là nhỏ nhất trong số các loại nhựa kỹ thuật (xem Bảng 1-3), do thực tế là chuỗi phân tử của UHMWPE chỉ bao gồm các yếu tố carbon và hydro và không có nhóm phân cực trong phân tử, Vì vậy, tốc độ hấp thụ nước là cực kỳ thấp. Do đó, các sản phẩm sẽ không thay đổi kích thước do sự hấp thụ nước ngay cả trong môi trường ẩm ướt, đồng thời, nó sẽ không ảnh hưởng được sấy khô trước khi đúc và chế biến.

Hấp thụ nước của một số nhựa kỹ thuật thông thường

7. Các ứng dụng polyetylen trọng lượng phân tử cực cao

Với hiệu suất tổng thể tốt nhất, UHMWPE đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực máy móc, thiết bị điện, thùng chứa bao bì, thiết bị hóa học, vận chuyển, lưu trữ vật liệu và vận chuyển, đường ống, thiết bị y tế và thể thao, v.v. Ống, que và thành phẩm. Các sản phẩm chính là: tấm, ống, thanh và thành phẩm, bao gồm bánh răng, vòng bi, ống lót, con lăn, đường ray dẫn đường, thanh trượt, lót, v.v. Từ công nghệ chế biến của các sản phẩm có thể được chia thành đúc, gia công, đùn, đúc phun, dập, đúc thổi, đúc cuộn, đúc xử lý nhiệt dẻo và đúc vẽ dây.