超高分子量聚乙烯的性能、应用及改性研究进展.doc

超高分子量聚乙烯的性能、应用及改性研究进展 超高分子量聚乙烯的 性能,应用及改性研究进展 崔小明 北京燕山石化公司研究院102550 摘要:介绍了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的性能和用途.综述了提高UHMWPE加 工性能和物理性能的物理改性,化学改性,聚合物填充改性以及自增强改性方法的研究进 展.指出了其今后的发展方向. 关键词:聚乙烯超高分子量聚乙烯性能应用改性进展 超高分子量聚乙烯(HUMWPE)是一种线性结构 的具有优异综合性能的热塑性工程塑料,具有其它工 程塑料所无法比拟的抗冲击性,耐磨损性,耐化学腐 蚀性,耐低温性,耐应力开裂,抗粘附能力,优良的电 绝缘性,安全卫生及自身润滑性等性能,可以代替碳 钢,不锈钢,青铜等材料,在纺织,采矿,化工,包装,机 械,建筑,电气,医疗,体育等领域具有广泛的应用.虽 然UHMWPE具有许多优异的特性,但也有许多不足, 如其熔融指数(接近于零)极低,熔点高(190- 210%),粘度大,流动性差而极难加工成型,另外与其 他工程塑料相比,具有表面硬度低和热变形温度低,弯 曲强度和蠕变性能较差,抗磨粒磨损能力差,强度低等 缺点,影响了其使用效果和应用范围.为了克服 UHMWPE的这些缺点,弥补这些不足,使其在条件要 求较高的某些场所得到应用,需要对其进行改性.目 前,常用的改性方法有物理改性,化学改性,聚合物填 充改性,UHMWPE自增强改性等.改性的目的是在不 影响UHMWPE主要性能的基础上提高其熔体流动性, 或针对UHMWPE自身性能的缺陷进行复合改性,如改 进熔体流动性,耐热性,抗静电性,阻燃性及表面硬度 等,使其能在专用设备上或通用设备上成型加工. 1HUMWPE的基本性’ 作者简介:崔小明,男,1966年出生,1993年毕业武汉大学化学 系有机合成专业,获理学硕士学位.现主要从事精细化工,有机 化工,合成橡胶,合成树脂等方面的情报调研和信息研究工作 一 般说来,只有粘均分子量大于170万的超高分 子量聚乙烯才具有常规分子量聚乙烯所不具备的,其 他工程塑料很难媲美的优越机械性能,因而人们通常 把粘均分子量超过170万的聚乙烯称之为超高分子量 聚乙烯,它具有许多优异的独特性能. (1)耐磨性.HUMWPE的耐磨性位居塑料之冠, 比碳钢,黄铜还耐磨数倍,它的耐磨性是普通聚乙烯的 数十倍以上.且随分子量的增大,其耐磨性能也进一步 提高,但当分子量达到一定数值时,其耐磨性能不再随 分子量的增大而发生变化. (2)自身润滑性.HUMWPE的摩擦系数比其它工 程塑料小,可与聚四氟乙烯相媲美,是理想的润滑材 料. (3)吸水性.HUMWPE是几乎不吸水的,在水中 也不膨胀,它的吸水率在工程塑料中是最小的. (4)耐冲击性能.耐冲击性能是HUMWPE的重 要特性,其耐冲击强度是目前塑料中最高的,它比以耐 冲击着称的聚碳酸酯还要高3—5倍,另外,HUMWPE 的耐冲击强度随分子量的增加而提高,当分子量达到 150万时,冲击强度达到最高值,以后随着分子量的增 加,冲击强度逐渐下降. (5)拉伸强度.HUMWPE具有超拉伸取向必备的 结构特征,有无可匹敌的超高拉伸强度.其拉伸强度高 达3—3.5GPa,拉伸弹性模量高达100—125GPa. (6)耐化学药品性.由于HUMWPE分子结构上 没有双键和支链及结晶度等原因,它具有优良的耐化 学品性能,在一定温度,浓度范围内能耐各种腐蚀性 介质及有机溶剂. (7)耐低温性.HUMWPE的耐低温性能极佳,即 使在低于冰点以下,也不失去良好的冲击强度,最低 使用温度可以达到一269~C. (8)不粘性.HUMWPE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聚四氟乙烯. (9)其它性能.HUMWPE还具有无毒,密度低, 优良的电气绝缘性,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?一射线能力. 2HUMWPE的应用一 由于HUMWPE具有许多独特的性能,因而能够 满足许多产业部门对材料的特殊要求,应用领域不断 扩大,充分显示出这种材料的巨大优越性.目前 UHMWPE已在纺织,造纸,包装,运输,机械,化工,采 矿,石油,农业,建筑,电气,食品,医疗,体育等领域得 到广泛应用,并开始进人常规兵器,船舶,汽车等领 域,今后还将扩大到其它新的领域. (1)纺织工业.由于UHMWPE杰出的耐冲击性, 自润滑性和消音性,纺织机械成了UHMWPE最早应 用的领域.从2O世纪5O年代第一个UHMWPE部件 生产出来之后,相继有200多种UHMWPE的纺织部 件不断问世.目前,国外在每台纺织机上应用的 UHMWPE零件平均有3O件左右.如投梭器,打梭棒, 齿轮,联结器,扫花杆,缓冲块,偏心块,杆轴套,摆动 后梁等耐冲击磨损零件. (2)化