超高分子量聚乙烯特性與應用研究

鞏玉紅

摘要：本文對超高分子量聚乙烯的結構和性能進行了分析研究，并闡明了其相關應用。

關鍵詞：超高分子量聚乙烯;性能;應用

隨著環保要求的不斷提高，廢舊塑料的處理日益成了問題，特別是工程塑料的處理，因為許多工程塑料為了滿足使用性能的要求，其基體樹脂分子結構中常含有苯環，這就為最終無害化處理帶來了麻煩，而超高分子量聚乙烯不僅具有傳統工程塑料的優異使用性能，而且環境友好性高，具有廣泛的應用前景。

1超高分子量聚乙烯的特性

1.1超高分子量聚乙烯結構特性

超高分子量聚乙烯是一種分子量極高的熱塑性塑料，其粘均分子量大于150萬或重均分子量大于300萬的一種線型聚乙烯。超高分子量聚乙烯與普通PE具有相同的分子結構，主鏈鏈節均為（CH2-CH2），與通用聚乙烯相對分子質量僅為（2萬～30 萬）比較，其分子量十分巨大，分子鏈很長且無側鏈，相鄰兩個鏈之間存在著微弱的范德華力，分子鏈柔順性較好，故超高分子量聚乙烯具有一些普通聚乙烯及其它一些工程塑料所不具有的獨特優異性能，但是由于其分子鏈長，發生大量纏結，長鏈流動性差，導致了其加工非常困難。

1.2超高分子量聚乙烯性能特點

超高分子量聚乙烯具有其它常規分子量聚乙烯所不具備的優越的機械性能，其耐磨性位居塑料之首，其耐磨性能是普通聚乙烯的數十倍以上，摩擦系數也比其它工程塑料小，可以與聚四氟乙烯相媲美，是理想的潤滑材料。

超高分子量聚乙烯具有優良的抗水性能，其吸水率在工程塑料中是最小的。其耐沖擊性能也是目前工程塑料中最高的，比聚碳酸酯還要高3～5倍。由于超高分子量聚乙烯分子結構以直鏈為主，其拉伸強度高達3～3.5GPa，拉伸彈性模量高達100～125GPa。

超高分子量聚乙烯還具有優良耐化學藥品性，在一定溫度、濃度范圍內能耐各種腐蝕性介質及有機溶劑。優良的耐低溫沖擊性能，良好的不粘性、無毒、優良的電氣絕緣性能等。

1.3超高分子量聚乙烯加工特性

由于分子量大、分子鏈間纏繞以及分子間力的影響，超高分子量聚乙烯鏈段在加熱下也不易運動，并且在熔融時呈凝膠彈性體粘度大、流動性極差。由于臨界剪切速率很低的原因， 超高分子量聚乙烯加工極其困難，和普通聚乙烯等一般熱塑性塑料截然不同，易形成“料塞”，易在加料段打滑，擠出速度不能快，否則會造成熔體破裂，注射成型時，會引起氣孔和脫層現象，成型溫度范圍窄，易氧化降解等。

2超高分子量聚乙烯的應用

2.1超高分子量聚乙烯管材

以超高分子量聚乙烯為基礎原料制造的塑料管材具有耐磨、抗沖擊、耐腐蝕、自潤滑、 不結垢等特點，成為適合輸送固液混合物、固體粉末、液體、氣體等介質的理想管材。超高分子量聚乙烯管材目前已經在礦山、鋼鐵、冶金、火電、油田等行業得到成功應用，效果卓著，深受用戶的好評。其無可比擬的綜合使用性能逐步體現，其推廣應用完全符合國家的現代產業政策，具有廣闊的發展前景。

2.2超高分子量聚乙烯纖維

高性能纖維材料逐漸取代了傳統的鋼鐵和陶瓷而成為主流防彈材料，這些纖維中又包括碳纖維、對位芳綸以及超高分子量聚乙烯纖維等。它們在防彈領域主要應用于防彈衣、防彈裝甲和防彈頭盔，其中超高分子量聚乙烯纖維因優越的防彈性能而備受關注。其纖維具有高度取向的伸直鏈結構，與碳纖維、芳綸相比，其強度更高，質量更輕，化學穩定性更好，具有很強的化學惰性，強酸、強堿溶液及有機溶劑對其強度幾乎無任何影響。具有很好的耐候性，經1500 h日曬后，纖維強度保持率達80%，耐紫外性能非常優越。耐低溫性好，使用溫度可低至-150℃。此外，超高分子量聚乙烯纖維的耐磨耐彎曲性能、抗張力疲勞性能、抗切割性能等也是現有高性能纖維中最強的，在安全、防護、航空航天、國防裝備、車輛制造、造船、體育界等領域發揮著舉足輕重的作用。在民用工業領域，超高分子量聚乙烯纖維作為抗沖擊、減震材料及高性能輕質復合材料也有著廣闊的應用前景。

在民用領域，超高分子量聚乙烯纖維制成的繩索、纜繩、船帆和漁具適用于海洋工程，在自重下的斷裂長度是鋼繩的8倍，是芳綸的2倍。超高分子量聚乙烯繩索用于超級油輪、海洋操作平臺、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強度降低和斷裂，需經常進行更換的問題。

2.3超高分子量聚乙烯薄膜

將超高分子量聚乙烯溶解在揮發溶劑中，連續擠出，然后經一個熱可逆凝膠/結晶過程，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構限制了凝膠的收縮，在干燥過程中產生微孔，經雙軸拉伸達到最大空隙率而不破壞完整的多孔結構。這種材料可用作防水、通氧織物和耐化學品服裝，也可用作超濾/微量過濾膜、復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膜具有最佳的孔徑、強度和厚度等綜合性能。

2.4其他

在醫學方面，用于牙托材料、醫用移植物和整形縫合等領域，它的生物相容性和耐久性都較好，并具有高的穩定性，不會引起過敏，已作臨床應用。還用于醫用手套和其他醫療措施等方面。

3結束語

耐高溫、耐磨、導電和電磁屏蔽等高性能化的工程塑料產品有很大的發展空間。由于超高分子量聚乙烯具有很多工程塑料無法比擬的優點，隨著國產超高分子量聚乙烯加工技術的日益成熟，必將帶動超高分子量聚乙烯產品在國防和民用領域的研究和發展。

參考文獻：

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