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超耐磨塑料 超高分子量聚乙烯 日本三井超高分子量聚乙烯 美國(guó)泰科納超高分子量聚乙烯 超高分子量聚乙烯磨耗消音軸承 消音齒輪
根據(jù)美國(guó)菲利普石油公司的劃分方法，分子量在150萬(wàn)以上的聚乙烯稱為“UHMWPE”即Ultra-high molecular weight PE ，中文稱超高分子量聚乙烯。德國(guó)赫斯特（Hoechst）公司、美國(guó)赫爾克樂(lè)斯（Hercules）公司和日本三井石油化學(xué)公司是上生產(chǎn)UHMWPE的三大公司，中國(guó)主要生產(chǎn)廠家是北京助劑二廠、上海高橋石化公司化工廠,中國(guó)石化齊魯石化分公司。
性能
UHMWPE極高的分子量（HDPE的分子量通常只有2～30萬(wàn)）賦予其優(yōu)異的使用性能，而且屬于價(jià)格適中、性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，它幾乎集中了各種塑料的優(yōu)點(diǎn)，具有普通聚乙烯和其它工程塑料無(wú)可比擬的耐磨、耐沖擊、自潤(rùn)滑、耐腐蝕、吸收沖擊能、耐低溫、衛(wèi)生無(wú)毒、不易粘附、不易吸水、密度較小等綜合性能。事實(shí)上，目前還沒(méi)有一種單純的高分子材料兼有如此眾多的優(yōu)異性能。
耐磨性
UHMWPE的耐磨性居塑料之冠，并超過(guò)某些金屬，圖1為UHMWPE與其它材料耐磨性比較。從圖1可以看出，與其它工程塑料相比，UHMWPE的沙漿磨耗指數(shù)僅是PA66的1/5，HEPE和PVC的1/10；與金屬相比，是碳鋼的1/7，黃銅的1/27。這樣高的耐磨性，以致于用一般塑料磨耗實(shí)驗(yàn)法難以測(cè)試其耐磨程度，因而專門設(shè)計(jì)了一種沙漿磨耗測(cè)試裝置。UHMWPE耐磨性與分子量成正比，分子量越高，其耐磨性越好。
耐沖擊性
UHMWPE的沖擊強(qiáng)度，在所有工程塑料中名列前茅，圖2為UHMWPE與其他工程塑料沖擊強(qiáng)度比較，從圖2中可以看出，UHMWPE的沖擊強(qiáng)度約為耐沖擊PC的2倍，ABS的5倍，POM和PBTP的10余倍。耐沖擊性如此之高，以致于采用通常沖擊試驗(yàn)方法難以使其斷裂破壞。其沖擊強(qiáng)度隨分子量的增大而提高，在分子量為150萬(wàn)時(shí)達(dá)到大值，然后隨分子量的繼續(xù)升高而逐漸下降。值得指出的是，它在液氮中（-195℃）也能保持優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度，這一特性是其它塑料所沒(méi)有的。此外，它在反復(fù)沖擊表面硬度更高。
自潤(rùn)滑性
UHMWPE有極低的摩擦因數(shù)（0.05～0.11），故自潤(rùn)滑性優(yōu)異。表1為UHMWPE與其他工程塑料摩擦因數(shù)比較。從表1可以看出，UHMWPE的動(dòng)摩擦因數(shù)在水潤(rùn)滑條件下是PA66和POM的1/2，在無(wú)潤(rùn)滑條件下僅次于塑料中自潤(rùn)滑性好的聚四氟乙烯（PTFE）；當(dāng)它以滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)形式工作時(shí)，比鋼和黃銅加潤(rùn)滑油后的潤(rùn)滑性還要好。因此，在摩擦學(xué)領(lǐng)域UHMWPE被譽(yù)為成本/性能非常理想的摩擦材料。
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名稱
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摩擦系數(shù)
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自潤(rùn)滑
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水潤(rùn)滑
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油潤(rùn)滑
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UHMWPE
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0.10～0.22
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0.05～0.10
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0.05～0.08
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PTFE
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0.04～0.25
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0.04～0.08
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0.04～0.05
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PA66
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0.15～0.40
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0.14～0.19
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0.06～0.11
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POM
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0.15～0.35
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0.10～0.20
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0.05～0.10
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表1 UHMWPE與其它工程塑料摩擦因數(shù)比較
耐化學(xué)藥品性
UHMWPE具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性，除強(qiáng)氧化性酸液外，在一定溫度和濃度范圍內(nèi)能耐各種腐蝕性介質(zhì)（酸、堿、鹽）及有機(jī)介質(zhì)（荼溶劑除外）。
其在20℃和80℃的80種有機(jī)溶劑中浸漬30d，外表無(wú)任何反?，F(xiàn)象，其它物理性能也幾乎沒(méi)有變化。
沖擊能吸收性
UHMWPE具有優(yōu)異的沖擊能吸收性，沖擊能吸收值在所有塑料中高，因而噪聲阻尼性能很好，具有優(yōu)良的削音效果。
耐低溫性
UHMWPE具有優(yōu)異的耐低溫性，在液氦溫度（-269℃）下仍具有延展性，因而能夠用作核工業(yè)的耐低溫部件。
衛(wèi)生無(wú)毒性
UHMWPE衛(wèi)生無(wú)毒，完全符合日本衛(wèi)生協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，并得到美國(guó)食品及藥物行政管理局和美國(guó)農(nóng)業(yè)部的認(rèn)可，可用于接觸食品和藥物。
不粘性
UHMWPE表面吸附能力非常微弱，其抗粘符能力僅次于塑料中不粘性好的PTFE，因而制品表面與其它材料不易粘符。
吸水性小
UHMWPE吸水率很低；一般小于0.01%，僅為PA66的1%，因而在成型加工前一般不必干燥處理。
密度
表2為UHMWPE與其它工程塑料密度比較。由表2可知，UHMWPE的密度比其它所有工程塑料都低，一般比PTFE低56%，比POM低33%，比PBTP低30%，因此其制品非常輕便。
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名稱
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相對(duì)密度
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UHMWPE密度比其低/%
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PTFE
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2012
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56
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POM
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1.41
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33
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PBTP
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1.31
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30
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PC
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1.20
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22
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PA
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1.02—1.14
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8—18
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UHMWPE
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0.94
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表2 UHMWPE 與其它工程塑料密度比較
拉伸強(qiáng)度
由于UHMWPE具有朝拉伸取向必備的結(jié)構(gòu)特征，所以有無(wú)可匹敵的超高拉伸強(qiáng)度，因此可通過(guò)凝膠紡絲法制得超高彈性模量和強(qiáng)度的纖維，其拉伸強(qiáng)度高達(dá)3～3.5GPa,拉伸彈性模量高達(dá)100～125GPa；纖維比強(qiáng)度是迄今已商品化的所有纖維中高的，比碳纖維大4倍，比鋼絲大10倍，比芳綸纖維大50%。
其他性能
UHMWPE還具有優(yōu)良的電氣絕緣性能，比HDPE更優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性，比HDPE更好的耐疲勞性及耐r-射線能力。
應(yīng)用
目前UHMWPE已在紡織、造紙、包裝、運(yùn)輸、進(jìn)寫、化工、采礦、石油、建筑、電氣、食品、醫(yī)療、體育等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并開(kāi)始進(jìn)入常規(guī)兵器、船舶、汽車等領(lǐng)域。今后還將擴(kuò)大到宇航和原子能等領(lǐng)域。
耐磨性和耐沖擊性為主的應(yīng)用
1.1、紡織機(jī)械
紡織機(jī)械是UHMWPE早應(yīng)用的領(lǐng)域，早在1958年，就有幾家公司用UHMWPE制造紡織機(jī)械零件，如取代韌性材料中耐用的水牛皮制作的織機(jī)上的皮結(jié)，承受40～180次/min長(zhǎng)期振動(dòng)沖擊，其壽命可達(dá)水牛皮結(jié)的5～6倍。目前，國(guó)外在每臺(tái)織機(jī)上應(yīng)用的UHMWPE零件平均有30件左右，如投梭器、打梭棒、齒輪、聯(lián)結(jié)器、掃花桿、緩沖塊、桿軸套、擺動(dòng)后梁等耐沖擊磨損零件。
1.2、造紙機(jī)械
造紙機(jī)械是應(yīng)用UHMWPE的第二個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，約在1960年，在一臺(tái)削木機(jī)的傳送裝置上次安裝了UHMWPE防磨條，對(duì)底板和鏈條起到良好的保護(hù)作用，使用5a基本上無(wú)磨損。據(jù)估計(jì)，防磨條的壽命要比鏈條的壽命高一倍以上，UHMWPE和不銹鋼、楓木、澆鑄型聚氨脂及層壓酚醛塑料等耐磨材料都層作為吸水箱蓋板使用，但重要的是UHMWPE蓋板對(duì)吸水箱上不銹鋼絲網(wǎng)的阻力大大低于其它材料，因此可使昂貴的不銹鋼死網(wǎng)的使用壽命延長(zhǎng)。今天，造紙工業(yè)所需UHMWPE用量占總量的10%，如采用UHMWPE制造造紙機(jī)的刮水板、吸水箱蓋板、壓密部件、接頭等；此外UHMWPE也可用來(lái)制造造紙機(jī)械的密封軸桿、偏導(dǎo)輪、刮刀、過(guò)濾器等零部件。
1.3、包裝機(jī)械
UHMWPE的高耐磨性、低摩擦因數(shù)和不粘性，使其在包裝機(jī)械中比某些金屬和其它塑料更適用，可代替磷青銅和氟塑料。
用UHMWPE取代改性氟塑料制作導(dǎo)軌、傳送裝置的滑塊座、固定板等，不僅大大降低了設(shè)備費(fèi)用，而且可延長(zhǎng)使用壽命10～50倍。
一條液體洗滌劑生產(chǎn)線裝置上的計(jì)時(shí)星輪，用UHMWPE取代原來(lái)的層壓熱固性塑料后，使過(guò)去易磨損、易劃傷瓶且容易變軟的問(wèn)題迎刃而解，大大減少了備用件費(fèi)用，有UHMWPE制造的計(jì)時(shí)螺桿，也已在許多裝瓶線上作為標(biāo)準(zhǔn)部件使用。
西方一個(gè)大啤酒廠，用UHMWPE制作了一條約1.6km長(zhǎng)的板帶式瓶子傳送帶，比用磷青銅制作的傳送帶耐用幾倍。
國(guó)外一個(gè)汽車組裝廠的輸送線上，鏈條驅(qū)動(dòng)鏈輪使小車在鋼板傳送平臺(tái)上運(yùn)動(dòng)，由于鏈條與鋼板的摩擦，鏈條極易損壞。采用UHMWPE板材替換鋼板，使磨損大大降低，同時(shí)也減少了動(dòng)力消耗。
1.4、通用機(jī)械
由于UHMWPE具有優(yōu)良的耐磨性、耐沖擊性，它在機(jī)械制造行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，可制作各種齒輪、凸輪、葉輪、滾輪、滑輪、軸承、軸瓦、軸套、削軸、墊片、密封墊、彈性聯(lián)軸節(jié)、螺釘?shù)葯C(jī)械零部件。
以自潤(rùn)滑性和不粘性為主的應(yīng)用
2.1、材料儲(chǔ)運(yùn)
UHMWPE可制作裝煤、水泥、石灰、礦粉、鹽、谷物之類粉狀材料的料斗、料倉(cāng)、滑槽的襯里，由于它具有優(yōu)良的自潤(rùn)滑性、不粘性，可使上述粉狀材料對(duì)儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備不發(fā)生粘附現(xiàn)象，保證穩(wěn)定輸送。
煤、礦粉、糧食等的料斗過(guò)去采用不銹鋼襯里進(jìn)行裝箱運(yùn)輸，現(xiàn)改用UHMWPE襯里，長(zhǎng)期使用時(shí)，可減少發(fā)熱現(xiàn)象，寶鋼運(yùn)送礦石的料斗采用UHMWPE，要比原先采用的金屬材料使用壽命提高10～50倍。用UHMWPE制作料斗襯里便于施工、成本低，所以大發(fā)電廠輸送煤的加料斗也采用了UHMWPE襯里。
采煤場(chǎng)的煤溜槽采用UHMWPE制造，可降低傾斜角度，從而提高開(kāi)采量。輸送40萬(wàn)t煤而不需要更換料槽，其使用壽命比襯鎂合金的流料槽提高2倍。
UHMWPE用于流砂等的固體輸送管道，與鋼管相比壽命提高18倍，成本降至1/25，與尼龍管相比壽命提高3倍，成本降至1/8。在輸送時(shí)，管內(nèi)阻力比金屬管小25%，大大提高了輸送效率。
在滑槽、鏟斗和礦石車廂的內(nèi)襯等方面，用傳統(tǒng)金屬材料時(shí)，遇到寒冷潮濕天氣，物料就會(huì)凍結(jié)在金屬上，而采用UHMWPE則不會(huì)，從而大大減少了卸貨時(shí)間。在散裝貨船的自卸漏斗上內(nèi)襯一層UHMWPE板材后，平均卸貨時(shí)間由原來(lái)的16～20h減少到8h。
2.2農(nóng)業(yè)、建筑機(jī)械
UHMWPE自潤(rùn)滑性優(yōu)異，泥土在其表面容易滑動(dòng)，而不會(huì)發(fā)生粘著，而且其耐沖擊性、耐磨損性優(yōu)良，適于制作農(nóng)業(yè)和建筑機(jī)械的零部件。如聯(lián)合收割機(jī)的滑動(dòng)板、犁具外襯板、退土機(jī)的刮板、挖土機(jī)鏟斗的內(nèi)襯、翻斗車車廂的內(nèi)襯等，可大幅度提高工作效率，減少能耗。
2.3文體用品
利用UHMWPE的自潤(rùn)滑性和耐磨性及耐寒性，可用語(yǔ)滑冰、滑雪板底板，歐美主要采用UHMWPE制造；用UHMWPE覆蓋滑雪道（層厚20mm），滑板高速度可達(dá)110km/h。
日本三井石油化學(xué)公司制造的UHMWPE滑冰場(chǎng)，1975年在Kagoshima縣對(duì)外開(kāi)放，其造價(jià)為一般滑冰場(chǎng)的1/4。
以耐腐蝕性和不吸水性為主的應(yīng)用
UHMWPE具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和不吸水性，可用做各種溶液存儲(chǔ)設(shè)備的鋪面材料和大型包裝容器，如浮筒、接水槽，汽油箱、容器以及用語(yǔ)太陽(yáng)能設(shè)備的退水容器等。這也是UHMWPE目前應(yīng)用廣泛的領(lǐng)域之一。
UHMWPE容器具有優(yōu)良的落下沖擊強(qiáng)度。如果將容器裝水20kg，從高空跌落至10mm厚的鐵板上，普通聚乙烯容器的破壞高度僅為9M，而UHMWPE容器可高達(dá)15M以上。
以衛(wèi)生無(wú)毒性為主的應(yīng)用
4.1、食品、飲料工業(yè)
UHMWPE具備食品工業(yè)所要求的無(wú)毒性、耐水性及非黏著性。被指定為可直接與食品接觸使用的材料?？捎糜谄【?、清涼飲料、調(diào)味品等的輸送線。輸送物品時(shí)，可以防止瓶子等的破損，降低噪音，減少輸送帶、輸送螺桿等的磨損，并可減少電力損耗，它還可用來(lái)制造肉食、牛奶以及糖果蜜餞和面包食品生產(chǎn)設(shè)備的零部件。
4.2、醫(yī)療
UHMWPE具有優(yōu)異的生理惰性和生理適應(yīng)性，經(jīng)美國(guó)食品及藥物行政管理局、農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)，可在醫(yī)藥幾與人體接觸的領(lǐng)域使用，如作為瓣膜、矯形外科零件、人工關(guān)節(jié)及節(jié)育植入體等的臨床使用，是理想的醫(yī)用高分子材料。有UHMWPE制成的腕臼和金屬股骨組成的人工髖膝關(guān)節(jié)，耐磨性和安全性比PTFE更為優(yōu)異。目前上已有數(shù)十萬(wàn)人接受了這類人工關(guān)節(jié)的置換。
其他性能的應(yīng)用
5.1、耐低溫性應(yīng)用
UHMWPE具有優(yōu)異的耐低溫性能，可應(yīng)用于各種冷凍機(jī)械中，并可作為核工業(yè)的耐低溫部件，在低溫超導(dǎo)領(lǐng)域中是較為理想的絕緣材料。UHMWPE對(duì)放射線具有優(yōu)良的遮蔽效果，故可用作原子能
發(fā)電站的遮蔽板。
5.2、電絕緣性能應(yīng)用
UHMWPE電絕緣性能良好，尤其是介電損耗角正切值低，可用于制造電鍍槽、輥?zhàn)蛹霸诟哳l和超高頻區(qū)間工作的絕緣子、絕緣拖架、電纜管道、短路器、電纜端子和其它電氣裝置。
不足之處
與其它工程塑料相比，UHMWPE耐熱性、剛度和硬度偏低，但可以通過(guò)“填充”和“交聯(lián)”等方法來(lái)改善；從耐熱性來(lái)看，UHMWPE的熔點(diǎn)（136℃）與普通聚乙烯大體相同，但因其分子量大，熔融粘度高，故加工難度大。
（注塑級(jí)超高分子量聚乙烯粒狀）
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE LS4140
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE L3000
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE L4000
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE L5000
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE L5220
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE L4420
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE L4640
（添加級(jí)超高分子量聚乙烯粉狀）
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE XM-221U
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE XM-220
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE PM-200
（模壓級(jí)超高分子聚乙烯粉狀）
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE 341L
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE 630M
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE 320MU
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE 340M
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE 240M
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE 240S
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE 145M
日本三井化學(xué) 超高分子量聚乙烯 UHMWPE 030S
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