Ultra nagy molekulatömegű polietilén

Alkalmazás

Katonai ügyekben: páncélzat készítése különböző védelmi osztályú UHMWPE szálak (ballisztikus mellények, golyóálló mellények) alapján, sisakok. Az UHMWPE szálakból készült szövetek gyártásakor különböző szögeket alkalmaznak (egytengelyű szövet egyirányú UD furnér rétegeiből - UniDirectional), ami növeli a többrétegű csomag szilárdságát.

• Gépiparban (papírgépek stb.): A termékek súrlódási együtthatója és az UHMWPE kopásállósága közel áll a fluoroplasztikához, sokkal alacsonyabb költséggel. Az UHMWPE alkatrészeket hidraulikus és pneumatikus rendszerek, valamint száraz súrlódású egységek tömítésére használják.
• Az elektrotechnikában: szigetelők, kábelszigetelés stb.
• Szállításban, hajóépítésben: Az UHMWPE paneleket hajógyári csúszdák bélelik. A köteleket és köteleket hajók vontatására, kikötésére és rögzítésére használják: ugyanakkor az ilyen kötelek szilárdsága és kopásállósága nagyobb, mint egyes acélfajtáké, tulajdonságaik nem változnak nedvesen, ilyen kötelek nem süllyed a vízbe és nem kell kenni ... Különösen ismertek az UHMWPE szálakból készült kábelek "Dyneima" ("DSM", Hollandia), "Spectra" ("Honiwell", USA).
• Sportban: kopogásgátló védelem a kerítésben, ejtőernyős horgászbotokban, horgászzsinórban, kábelek hegymászáshoz, sílécek és snowboardok gyártásához (szénszállal kombinálva, növelve az erőt és rugalmasságot), szintetikus jég (burkolat jégsportokhoz: jégkorong, curling) ...
• Az orvostudományban ízületek (csípő, térd, csigolyák) endoprotéziseinek létrehozására. Itt elsősorban a "varrott" UHMWPE -t használják.
• UHMWPE, UHMWPE granulátumon alapuló vegyület. A készítményt hőre lágyuló gépekben használják, mint fő polimert vagy adalékanyagot, amely növeli a kopásállóságot, a repedésállóságot, a törésállóságot, az alacsony hőmérsékletű megbízhatóságot és a vegyi ellenállást. UHMWPE granulátum: lemezek, lemezek, lemezek, fólia, cső, hüvely kábeltermékekhez, profil.
• UHMWPE cső. Ezek kopásálló csővezetékrendszerek a csiszolóanyagok mozgatására szolgáló speciális műveletekhez: ásványok, szén, takarmány, hulladék; az üzemen belüli csővezetékek, hulladékok, szuszpenziók, paszták stb., technológiai áramok.
• Az UHMWPE szöveteket sérülésálló kesztyűk gyártására is használják a sportban, az orvostudományban és az iparban (vágásálló kesztyűk, kopásálló kesztyűk).

Előnyök és hátrányok

Az anyagnak számos jelentős előnye van. A fő előnyök a következők:

• kiváló kopásállóság és mechanikai kopás; a nagy sűrűségű polimer nagy ütésállósággal rendelkezik;
• ellenállás a repedésekkel, forgácsokkal és más típusú deformációkkal szemben;
• ellenállás a hőmérsékleti ingadozásokkal szemben, amelyek miatt az anyagot túlzottan magas és minimális hőmérséklet -mutatókon is működtetni lehet;
• ellenáll a nedvességnek és az agresszív anyagoknak (kivéve az oxidálószereket); ez a tulajdonság az amidok, észterek vagy hidroxilcsoportok hiánya miatt érhető el, amelyek érzékenyek a kémiailag agresszív anyagokra;
• ellenállás a napsugárzással szemben;
• magas higiéniai tulajdonságok - az anyag nem érzékeny a patogén mikroorganizmusok támadására; gomba és penész nem képződik rajta;
• jó elektromos szigetelő és dielektromos képesség;
• A PE-500 polietilén kiváló hegeszthetőséggel rendelkezik;
• sugárzási ellenállás.

A nagy molekulatömegű polietilén viszonylag új.2 hazai vállalkozás (Tomskneftekhim és Kazanorgsintez) állítja elő. A gyártási technológia összetett és költséges, ami befolyásolja a késztermék költségeit.

Feldolgozási módszerek

A nagy molekulatömegű polietilént a GOST 16338-85 szabványnak megfelelően gyártják. A gyártás során etilén szintézis módszerét alkalmazzák metallocén katalizátorok hatására. Jelenleg számos ismert polimer feldolgozási módszer ismert.

Szinterezés és meleg préselés

Ezeknek a módszereknek köszönhetően nagy formátumú monolitikus polietilént, lemezeket és hengereket kapnak. A további megmunkálás során gyalult szalagokat és különféle berendezésekhez szükséges mechanizmusokat kapnak tőlük. A gyártási technológia magában foglalja a polimer por üres részekbe történő hidegen történő sajtolását, majd ezt követő szinterelését +200 fokos hőmérsékleten. A hőkezelés eredményeként félkész termékeket kapnak - monolitokat, lemezeket és tömböket.

Dugattyú extrudálás

A gyártási folyamat abból áll, hogy a nyersanyagot magas hőmérsékleten homogén gumiszerű masszává olvasztják. Ebből speciális egységeket használnak fúvókákkal, rudakat, csöveket vagy különböző hosszúságú szalagokat.

Gél pörgetése

A gyártási technológia több szakaszból áll: az alapanyagot feloldjuk paraffinolajban, és a kapott masszát vékony lyukakon keresztül vízbe kényszerítjük. Ennek eredményeként fonalakat kapunk, amelyeket ezt követően kemenceberendezésben égetnek, egyidejű szálak húzásával és az oldószerek eltávolításával. Gélfonással feldolgozva szuper erős szálat kapunk.

Tulajdonságok

A molekulák szerkezete miatt az UHMWPE hőre lágyuló anyag, amelynek olvadáspontja viszonylag alacsony (135-190 ° C), ezért nem ajánlott az UHMWPE termékeket 80-100 ° C-ot meghaladó hőmérsékleten üzemeltetni. Az olvadáspont fölé hevítve az UHMWPE nem viszkózus folyású állapotba, hanem csak erősen műanyag állapotba kerül. Az UHMWPE termékek felülete sima tapintású.

Az UHMWPE nagyon alacsony vízfelvétellel rendelkezik a szerves polimer vegyületeknél, 0,01-0,05%tartományban, ami annak köszönhető, hogy az UHMWPE molekulákban nincs poláris csoport (észter, amid, hidroxilcsoport). Ezért az UHMWPE tulajdonságai nem változnak vízzel való érintkezéskor (összehasonlításképpen: Kevlar esetében a nedves szilárdság kétszeresére csökken az amidcsoportok gyenge hidrogénkötéseinek megsértése miatt, száraz állapotban az erő nem áll helyre teljesen) ). Az UHMWPE ellenáll a legtöbb savnak és lúgnak, az UV- és gamma -sugárzásnak és a mikroorganizmusoknak is.

A tiszta UHMWPE fajsúlya körülbelül 0,93-0,94, g / cm³ adalékanyagokkal - 0,95 g / cm³. A szakítószilárdság és az UHMWPE tömegaránya 40% -kal magasabb, mint az aramidvegyületeké, például a Kevlaré. A feszültségre ható, hosszú távú statikus terhelés jelenlétében az UHMWPE deformálódik, miközben mechanikai feszültség van (ezt a tulajdonságot kúszásnak nevezik).

Az UHMWPE hajlítási rugalmassági modulusa elég magas-körülbelül 1 GPa, szakítószilárdsága vagy hajlítási feszültsége 20-40 MPa (~ 4 kgf / mm²), így alacsonyabb a törési feszültségeknél, mint a legjobb magas ötvözetű, alacsony széntartalmú -50-100-szoros tisztaságú acélok és 200-szoros rugalmassági modulus (például a 4X5MFS szerszámacél alacsony hőmérsékletű termomechanikai kezelés vagy formázás után törési feszültséggel rendelkezik σ_bKg250 kgf / mm² és folyási pont σ_0,2≈ 180-230 kgf / mm²). Az UHMWPE termékek azonban az alacsony sűrűség, 8-8,5-ször alacsonyabb, mint az acélok és a nagy fáradási szilárdság (állóképesség) miatt versenyképességükben / holt súlyukban versenyezhetnek az alacsony szilárdságú szerkezeti acéltermékekkel, sőt meg is haladhatják azokat.

Az UHMWPE fő tulajdonságai, amelyek meghatározzák a használatát, a nagyon magas kopásállóság, az alacsony súrlódási együttható és a nagy szakítószilárdság (megbízhatóság alacsony hőmérsékleten). Tehát kopásállóság tekintetében az UHMWPE felülmúlja a teflonokat és még a szénacélokat is kopásállóság tekintetében elfogadható üzemi hőmérsékleten és egyes csiszolóanyagoknál. Az UHMWPE súrlódási együtthatója (acélon) körülbelül 0,1. Ütési szívóssági együttható - 170 kJ / m2 (bevágással - akár 80 kJ / m2), üzemi hőmérséklet - mínusz 150 ° C vagy akár mínusz 260 ° C (más források szerint - mínusz 80 ° C) és plusz 80 között -90 ° VEL.

Ami?

Ez az anyag a műanyag polimerizált etilén egyik típusához tartozik. Jellemzője a hosszúkás lineáris molekuláris kötések azonos irányba orientálva. Az ilyen áramköröket a terhelések jobb észlelése és átadása különbözteti meg.

Megjelenésében a nagy molekulatömegű polietilén hasonlít a műanyaghoz. Szilárd, szagtalan és nem tartalmaz mérgező anyagokat. Az anyagot etilén és metallocén katalizátorok szintézisével állítják elő alacsony nyomású üzemekben. A gyártási szakaszban egy színt adnak a nyersanyagokhoz, hogy a polimerizált etilén színét megadják.

A gyártók ultramagas molekulatömegű (ultra-nagy molekulatömegű) polimert is gyártanak, amelynek molekulatömege meghaladja a 10.000.000 egységet. (PE-1000). Szilárdsági jellemzőit tekintve többszörösen felülmúlja egyes szén- és rozsdamentes acélfajtákat.

Az anyag tulajdonságai és jellemzői

A nagy szilárdságú polietilén hosszú molekuláris láncokkal rendelkezik, amelyek szinte párhuzamosak egymással. Ez a szerkezeti jellemző nagy szilárdságú mutatókat biztosít. Egyes molekulák között azonban gyenge kötések keletkeznek, ezért az anyag nem nevezhető hőállónak. Üzemi hőmérséklete + 100 ° С. A hőmérséklet -mutatók +140 fokos emelkedésével a polimer megolvad és viszkózus masszává alakul.

A PE-1000 polimer a következő műszaki jellemzőkkel rendelkezik:

• vízfelvétel - 0,01-0,05%;
• fajsúly ​​- 0,93-0,94 g / cm³;
• hajlítási modulus - legfeljebb 1 GPa;
• a súrlódási együttható körülbelül 0,1;
• ütésállósági együttható - 160-170 kJ / m²;
• hajlítási nyúlás - 8-10%;
• felületi ellenállás - 1014 ohm.

Alkalmazások

Egyedülálló tulajdonságai miatt a nagy molekulatömegű polietilént különböző területeken használják. Gyakran használják analógként, különböző színesfémek, erősen ötvözött acélok és egyéb anyagok helyettesítésére.

Az orvostudományban

Az ultra-erős polimert 1962 óta használják implantátumok gyártására. Manapság csípőízületi protéziseket készítenek a sebészetben és fogászati ​​implantátumokat a fogászatban. Az anyagból különböző ortopédiai termékeket készítenek.

A vegyiparban, az élelmiszeriparban és a könnyűiparban

Az anyagot élelmiszertermelő berendezések és alkatrészek, kémiailag agresszív anyagok tárolására és szállítására szolgáló tartályok, kozmetikai palackok, hordók, tartályok gyártására használják.

A hadiiparban

Erős polimer szálakból készülnek a biztonsági személyzet egyéni védőeszközei. Különösen golyóálló mellényeket és sisakokat készítenek belőlük. A kapott páncél könnyű, de ugyanakkor megbízhatóan véd a golyós sebek ellen. És ennek a polimernek a segítségével speciális felszerelések is páncélozottak.

A gépiparban

A nagy szilárdságú polietilént hidraulikus vagy olajkörnyezetben működő alkatrészek gyártására használják. Csapágyak, perselyek, perselyek, fogaskerekek - nagyfokú mechanikai kopásnak kitett alkatrészek - gyártására használják. A megnövelt üzemi nyomású pneumatikus berendezések alkatrészei nagy teherbírású PE-1000 polimerből készülnek.

Sportcikkek és felszerelések

Az anyagot kerítőruhák, hegymászó egyenruhák, sílécek, snowboardok gyártásához használják.

Számos fogyasztási cikk készül nagy szilárdságú polimerből. Ide tartoznak a virágkertészethez és fürdőszobabútorokhoz tartozó termékek, háztartási cikkek és kerti szerszámok. Bútorok, gyermekjátékok, mobil WC -k, valamint a játszóterek rendezésére szolgáló berendezések gyártására szolgál.

A videóból még több hasznos információt megtudhat a nagy molekulatömegű polietilénről.