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聚乙烯板材应用

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一、超高分子量聚乙烯板材的简介

  超高分子量聚乙烯板材超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE),是分子量100万以上的聚乙烯。 

  分子式:—(—CH2-CH2—)—n—,密度:0.936~0.964g/cm3。热变形温度(0.46MPa)85℃,熔点130~136℃。

  机械性能高于一般的高密度聚乙烯。具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性,卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等。 

  使用温度100~110℃。耐寒性好,可在-269℃下使用。密度0.985g/cm3,分子量200万的产品,其断裂拉伸强度40MPa,断裂伸长率350%,弯曲弹性模量600MPa,悬臂梁缺口冲击冲不断。磨耗量(MPC法)20mm。 

  UHMWPE有极好的耐磨性,良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性,耐热性优于一般PE,缺点是耐热性(热变形温度)低、加工成型性差,外表面硬度,刚性,耐蠕变性不如一般工程塑料,膨胀系数偏大。UHMWPE流动性差,熔融状态下粘度极高,是呈橡胶状的高粘弹性体,早期仅能用压制和烧结方法成型,目前也可用挤出、注塑和吹塑方法加工。

二、超高分子量聚乙烯板材特点

  1、提高耐磨性。提高分子量聚乙烯最引人注目的一个性能是它具有极高耐磨性,这一性能有许多工程应用中都是十分宝贵的。在目前所有塑料中,其耐磨性是最好的,就连许多金属材料(如碳钢、不锈钢、青铜等)的有规则磨性也不如它。随着聚乙烯分子量的升高,这种材料就越耐磨。 

  2、极高的抗冲击性能。超高分子量聚乙烯的抗冲强度和它的分子量有关,分子量低于200万时,随分子量增长,冲击强度增高,在200万左右达到一峰值,这时峰后,分子量 再升高冲击强度反而会下降。这是由于分子链非常时妨碍了它的光晶作用,使在大分子中存在大的无定形区因而可以吸收较大的冲击能量。 

  根据文献资料,超高分子量聚乙烯和其它塑料按ASTM-D256方法测定的冲击强度值,从比较中得出:超高分子量聚乙烯的常温抗冲击性可分为以 耐冲击著称的聚碳酯媲美,应用于常用的工程塑料。超高分子量聚乙烯即使有-40oC低温下,仍有很讥的抗冲击性能,甚至在液气-269oC温度下,仍然能 保持较好的耐冲击性能,这种优异的低温特性,使超高分子量聚乙烯的应用扩展到低温工程领域。 

  3、很低的磨擦系数。超高分子量聚乙烯非常耐磨,而且磨擦系数低、自润滑性良好,是一种理想的轴承轴套、滑块、衬里材料。

  使用超高分子量聚乙烯作为设备的磨擦部件,除可提高耐磨寿命外,还可收到节能效果。 

  4、良好的耐化学腐蚀性。超高分子量聚乙具有良的耐化学腐蚀特性,除浓硝酸、浓硫酸外,它在所有的碱液、酸液中都不会受腐蚀,并且可在温度(80oC的浓盐酸中应用,在<20%的硝酸、<75%的硫酸中也是稳定的,它对水、液体洗涤也很稳定。) 

  但是,超高分子量聚乙烯在芳香料或卤代料化合物中(特别是在温度较高的状况下)极易溶胀,因此,应用时要特别注意。 

  5、很低吸水性。超高分子量聚乙烯吸水率很低,它几乎是不吸水,在水中不膨胀,比尼龙的吸水性小得多。 

  6、热学性能。按ASTM(负荷4.6kg/cm2)方法的测定,热变形温度为85oC,在较小的负荷下,使用温度可达90oC,在特殊情况下,允许在更高的温 度下使用,由于超高分子量聚乙烯是一种韧性极好的材料,因而它的耐低性能也非常优异,在-269oC低温下,仍具有一定的延展性,而没有脆裂迹象。 

  7、电性能。超高分子量聚乙烯在很宽的温度范围内,都具有很优良的电性能,它的体积电阻达10-18CM,击穿电压达50KV/mm,介电常数2.3。在较宽的温度及频率范围内,它的电性能变化极小。在耐热温度范围内,很适宜用作电气工程的结构材料和纸厂的材料。 

  8、无毒性超高分子量聚乙烯无味、无毒、无臭,本身无腐蚀性,具有生理循性和生理适应性,美国食品与药品管理局(FDA)和美国农业部(USDA)允许它用于与食品和药品接触的场合。 

  它的这些特性,特别是耐磨、抗冲击性、自润滑性能,在工程塑料中都是最好的。

三、超高分子量聚乙烯板材的应用领域

  1、造纸工业:真空箱面板、脱水板、刮板、密封条、切纸机轴套等。 

  2、饮料食品机械:利用耐磨性、耐冲击性、不粘结、卫生无毒性,制作工作板、输送、齿轮等。 

  3、水处理:污水处理厂的污泥刮板、螺旋输送机衬板、泥浆泵叶轮、泵轴套、澄清装置齿轮和沉淀池的衬板等。 

  4、纺织机械:利用抗冲击性、耐磨性和自润滑性,如36齿轮、梭弹架机缓冲挡板、轴承衬瓦等。 

  5、医疗器械:人体植入物、人造关节、矫形外科器械和支架、外科手术器。 

  6、汽车制造:超高分子量聚乙烯制品不仅能够减少零件数量,在降低噪声方面也起到了很好的作用。生产厂家应利用超高分子量聚乙烯制品成型的特点,尽量是多个零件一体化,减少数目,设法达到一次成型复杂零件的目的。汽车超高分子量聚乙烯的使用量每年呈增长趋势。

四、超高分子量聚乙烯板材的使用说明

  1 、初次使用,待料仓物料储存至整个仓容量的三分之二后,再行卸料。 

  2 、运行中,要始终保持物料的进仓落料点的仓内物料堆上,并始终保持仓内物料储存量在整个仓容量的二分之一以上。 

  3 、严禁物料直接冲击衬板。 

  4 、各种物料的硬度颗粒不同,不得随意更换物料和流量,若需改变,不得大于原设计能力的 12% ,随意改变物料或流量将会影响衬板的使用寿命。 

  5 、使用环境温度,一般不宜大于 80 ℃。 

  6 、不得使用外力破坏其结构和随意松动紧固件。 

  7 、物料在仓内静止状态时间不宜超过 36 小时(较粘性物料请不要在仓内停留,以防结块),含水量小于 4% 的物料可适当延长静止时间。 

  8 、在温度较低的时候,请注意物料在仓内的静止时间,避免产生冻块。

五、超高分子量聚乙烯板材的改性

  一、流动性改性: 

  ①UHMWPE与LCP共混,大大改善了流动性,可以用单螺杆挤出机加工;LCP添加量越多,混合料的流动性也越好; 

  ②UHMWPE与PE共混,PE的添加量在30%以下,以确保共混料既有良好的加工性,又不会降低太多优异性能; 

  ③UHMWPE中加入10%以下的聚乙烯蜡、硬脂酸盐等助剂; 

  ④UHMWPE中加入3~5%的层状纳米硅酸盐,熔体流动指数可以达到0.2~0.4g/10min; 

  ⑤UHMWPE中加入1%的热解硅石,可以作为聚乙烯的成核剂来改善流动性。 

  二、耐磨性改性: 

  加入偶联处理过的二硫化钼、石墨、超细炭黑、超细玻璃微珠、碳纤维、聚四氟乙烯等可以降低摩擦系数、提高耐磨性;而加入橡胶、聚氨酯等则提高摩擦系数。 

  三、耐热性改性: 

  用等离子体交联处理后,可提高UHMWPE的使用温度达到200℃;在UHMWPE中填充偶联处理过的无机填料(如玻璃微珠、硅灰石、滑石粉、云母、碳酸钙等)可以明显提高热变形温度HDT。 

  四、导热性改性: 

  加入铜粉、铝粉、铅粉等金属粉末可以提高UHMWPE的导热性; 

  五、力学改性: 

  用玻纤、碳纤、超细玻璃微珠、滑石粉、云母、碳酸钙、高岭土、针状硅灰石、三氧化二铝、二氧化硅等填充,可以提高UHMWPE的强度、硬度、刚性等指标。


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