简介
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是指平均分子量在150万以上的聚乙烯。它是一种性能优异的热塑型工程塑料,其耐冲击性、耐磨损性、自润滑性、耐化学药品性、以及无毒性和可加工性是目前所有塑料中最好的。因此,用该材料制作的板材、管材在电力、纺织、食品、医药、印刷、造纸、陶瓷、环保、矿山、化工等行业中已获得了广泛的应用,尤其在火电厂原煤仓作衬里板、及粉煤灰自卸车衬板、输送粉煤灰管道的应用中已受到了人们的重视。
超高分子量聚乙烯的性能及应用
2.1超高分子量的定义
分子量在150万以上的聚乙烯称为超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)。
2.2UHMW-PE制品的主要性能指标
性 能 |
指 标 | 性 能 | 指 标 |
分子量 | 180-300万 | 热变形温度(0.45MPa) | 86℃ |
密 度 | 0.935-0.945g/cm3 | 熔 点 | 137℃ |
拉伸强度 | 30MPa | 摩擦系数 | 0.08 |
断裂伸长率 | 300-400% | 摩 损 率 | 0.6% |
2.3性能
UHMW-PE极高的分子量(HDPE的分子量通常只有2-30万)赋予其优异的使用性能,而且属于价格适中、性能优良的热塑性工程塑料,它几乎集中了各种塑料的优点,具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、吸收冲击能、耐低温、不易粘附、比较轻等综合性能。事实上,目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能。
2.4耐磨性
UHMW-PE的耐磨性居塑料之冠,并超过某些金属,图1为UHMW-PE与其它材料耐磨性比较。砂浆磨耗指数:
图1 UHMW-PE与其它材料的耐磨性比较
从图1可以看出,与其它工程塑料相比,UHMW-PE的砂浆磨耗指数仅是PA66的1/5,HDPE和PVC的1/10:与金属相比,是碳钢的1/7,黄铜的1/27。这样高的耐磨性,以致于用一般塑料磨耗实验法难以测试其耐磨程度,因而专门设计了一种砂浆磨耗测试方法。UHMW-PE耐磨性与分子量成正比,分子量越高其耐磨性越好。
2.5耐冲击性 UHMW-PE的冲击强度,在所有工程塑料中名列前茅,图2为UHMW-PE与其它工程塑料冲击强度比较。从图2可以看出,UHMW-PE的冲击强度约为耐冲击PC的2倍,ABS的5倍,POM和PBTP的10余倍。耐冲击性如此之高,以致于采用通常冲击试验方法难以使其断裂破坏。其冲击强度随分子量的增大而提高,在分子量为150万时达到最大值,然后随分子量的继续升高而逐渐下降。值得指出的是,它在液氮中(-196℃)也能保持优异的冲击强度,这一特性是其它塑料所没有的。此外,它在反复冲击后表面硬度更高。
图2 UHMW-PE与其它工程塑料冲击强度比较
2.6自润滑性
UHMW-PE有极低的磨擦系数(0.05-0.11),故自润滑性优异。表1为UHMW-PE与其它工程塑料磨擦系数比较。从表1中可以看出,UHMW-PE的动磨擦系数在水润滑条件下是PA66和POM的1/2,在无润滑条件下仅次于塑料中自润滑性最好的聚四氟乙烯(PTFE);当它以滑动或转动形式工作时,比钢和黄铜添加润滑油后的润滑性还要好。因此,在磨擦学领域UHMW-PE被誉为成本、性能非常理想的磨擦材料。
表1 UHMW-PE与其它工程塑料磨擦系数比较
名 称 |
动磨擦系数 | ||
自润滑 | 水润滑 | 油润滑 | |
UHMW-PE | 0.10-0.22 | 0.05-0.01 | 0.05-0.08 |
PTFE | 0.04-0.25 | 0.04-0.08 | 0.04-0.05 |
PA66 | 0.15-0.40 | 0.14-0.19 | 0.06-0.11 |
POM | 0.15-0.35 | 0.10-0.20 | 0.05-0.10 |
2.7耐化学药品性
UHMW-PE具有优良的耐化学药品性,除强氧化性酸液外,在一定温度和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质(酸、碱、盐)及有机介质(萘溶剂除外)。其在20℃和80℃的80种有机溶剂中浸渍30d,外表无任何反常现象,其它物理性能也几乎没有变化。
2.8冲击能吸收性
UHMW-PE具有优异的冲击能吸收性,冲击能吸收值在所有塑料中最高,因而噪声阻尼性很好,具有优良的消音效果。
2.9耐低温性
UHMW-PE具有优异的耐低温性能,在液氦温度(-269℃)下仍具有延展性,因而能够用作核工业的耐低温部件。
2.10卫生无毒性
UHMW-PE卫生无毒,完全符合日本卫生协会的标准,并得到美国食品及药物行政管理局和美国农业部的认可,可用于接触食品和药物。
2.11不粘性
UHMW-PE表面吸附力非常微弱,其抗粘附能力仅次于塑料中不粘性最好的PTRE,因而制品表面与其它材料不易粘附。
2.12憎水性
UHMW-PE吸水率很低,一般小于0.01%,为PA6的1%,因而在成型加工前一般不必干燥处理。
2.13密度
表2为UHMW-PE与其它工程塑料密度比较,由表2可知,UHMW-PE的密度比其它所有工程塑料都低,一般比PTRE低56%,比POM低32%,比PBTP低30%,因此其制品非常轻便。
表2 UHMW-PE与其它工程塑料密度比较
名 称 |
相 对 密 度 | UHMW-PE密度比其低(%) |
PTFE | 2.12 | 56 |
POM | 1.41 | 33 |
PBTP | 1.31 | 30 |
PC | 1.20 | 22 |
PA | 1.02-1.14 | 8-18 |
UHMW-PE | 0.94 |
2.14拉伸强度
由于UHMW-PE具有超拉伸取向必备的结构特征,所以有无可匹敌的超高拉伸强度,因此可通过凝胶纺丝法制得超高弹性模量和强度的纤维,其拉伸强度高达3-3.5GPa,拉伸弹性模量高达100-125GPa;纤维比强度是迄今已商品化的所有纤维中最高的,比碳纤维大4倍,比钢丝大10倍,比芳纶维大50%.
2.15其它性能
UHMW-PE还具有优良的电气绝缘性能,比HDPE更优良的耐环境应力开裂性,比HDPE更好的耐疲劳性及耐γ-射线能力。此外,本厂可根据用户的具体使用场所,添加不同的配方,使之阻燃、抗静电、抗老化之特性。
2.16不足之处
与其它工程塑料相比,UHMW-PE耐热性、刚度和硬度偏低,但可以通过“填充”和“交联”等方法来改善;从耐热性来看,UHMW-PE的熔点(136℃)与普通聚乙烯大体相同,但因其分子量大,熔融粘度高,故加工难度大。
3.1随着全球石油资源的日益减少,煤电的重要性已无需多言,目前我国30万千瓦的火电厂有400多座,如果算上10万千瓦以上的电站,大约有二千座之多,通常一个30万千瓦电厂,日燃煤消耗量约1.2万吨,产灰量为2000吨左右,这些灰全部要通过拌浆用管道输送到堆灰厂。传统的粉煤灰输送管道使用钢管,由于在一定的温度下灰中活性元素可与钢起电化学反应,而产生结垢,大大降低了输灰效率,电厂几乎每年要用盐酸进行清垢,每次耗资数拾万 元,且造成严重的环境污染,而且钢管磨损和腐蚀亦较严重。
3.3目前少数电厂仍采用自卸卡车运送粉煤灰,由于拌浆后的煤灰粘性较大,极易粘结在车厢,特别是遇到寒冷天气,冻结现象较为严重,自卸后仍然有大量的粉煤灰滞留在车厢里,不得不采用人工扒、敲的方法,同样增加了劳动强度,影响运送的效力。
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