Polietilenă cu greutate moleculară foarte ridicată

Cerere

În afacerile militare: crearea de armuri corporale bazate pe fibre UHMWPE (veste balistice, veste antiglonț) de diferite clase de protecție, căști. La fabricarea țesăturilor din fibre UHMWPE se aplică la unghiuri diferite (țesătură multiaxială din straturi de furnir UD unidirecțional - UniDirectional), ceea ce crește rezistența pachetului multistrat.

• În ingineria mecanică (mașini de hârtie etc.): coeficientul de frecare al produselor și rezistența la uzură a UHMWPE este apropiat de cel al fluoroplasticelor, la un cost mult mai mic. Piesele UHMWPE sunt utilizate pentru etanșări în sistemele hidraulice și pneumatice și în unitățile de frecare uscată.
• În electrotehnică: izolatoare, izolarea cablurilor etc.
• În transport, construcții navale: panourile UHMWPE sunt căptușite cu alunecări pentru șantierul naval. Frânghiile și frânghiile sunt folosite pentru tractarea, ancorarea și ancorarea dispozitivelor pe nave: în același timp, rezistența și rezistența la uzură a acestor frânghii pe unitate de masă este mai mare decât cea a unor grade de oțel, proprietățile lor nu se schimbă atunci când sunt umede, astfel de frânghii nu vă scufundați în apă și nu aveți nevoie de lubrifiere ... Sunt cunoscute în special cablurile din fibre UHMWPE „Dyneima” („DSM”, Olanda), „Spectra” („Honiwell”, SUA).
• În sport: protecție anti-lovire în garduri, linii de parașută, linie de pescuit, frânghii pentru alpinism, la fabricarea schiurilor și snowboard-urilor (în combinație cu fibră de carbon, creșterea rezistenței și flexibilității), gheață sintetică (acoperire pentru sporturi pe gheață: hochei, curling) ...
• În medicină pentru crearea endoprotezelor articulațiilor (șold, genunchi, vertebre). Aici, se utilizează în principal UHMWPE „cusut”.
• Compus pe bază de granule UHMWPE, UHMWPE. Compoziția este destinată utilizării în mașini termoplastice ca polimer principal sau aditiv care crește rezistența la uzură, rezistența la fisurare, rezistența la rupere, fiabilitatea la temperaturi scăzute și rezistența chimică. Granule UHMWPE: foi, plăci, plăci, film, țeavă, teacă pentru produse de cablu, profil.
• Țeavă UHMWPE. Acestea sunt sisteme de conducte rezistente la uzură pentru operațiuni specifice de mișcare a materialelor abrazive: minerale, cărbune, furaje, deșeuri; conducte de deșeuri în instalații, suspensii, paste etc., fluxuri tehnologice.
• Țesăturile UHMWPE sunt, de asemenea, utilizate pentru producerea de mănuși rezistente la răniri în sport, medicină și industrie (mănuși rezistente la tăieturi, mănuși rezistente la uzură).

Avantaje și dezavantaje

Materialul are o serie de avantaje semnificative. Principalele avantaje sunt următoarele:

• rezistență excelentă la uzură și abraziune mecanică; polimerul de înaltă densitate are rezistență mare la impact;
• rezistență la fisuri, așchii și alte tipuri de deformare;
• rezistența la fluctuațiile de temperatură, datorită căreia materialul este permis să funcționeze atât la indicatori de temperatură excesiv de ridicați, cât și la cei minimi;
• rezistență la umiditate și substanțe agresive (cu excepția oxidanților); această caracteristică se realizează datorită absenței în material a amidelor, esterilor sau grupărilor hidroxil, care sunt sensibile la substanțe chimic agresive;
• rezistența la radiații solare;
• proprietăți igienice ridicate - materialul nu este susceptibil la atacurile microorganismelor patogene; ciuperca și mucegaiul nu se formează pe ea;
• bună capacitate de izolare electrică și dielectrică;
• Polietilena PE-500 are o sudabilitate excelentă;
• rezistența la radiații.

Polietilena cu greutate moleculară mare este relativ nouă.Este produs de 2 întreprinderi interne (Tomskneftekhim și Kazanorgsintez). Tehnologia de fabricație este complexă și costisitoare, ceea ce afectează costul produsului finit.

Metode de procesare

Polietilena cu greutate moleculară mare este fabricată conform standardelor corespunzătoare GOST 16338-85. Producția utilizează metoda de sinteză a etilenei sub influența catalizatorilor metaloceni. În prezent, există mai multe metode cunoscute de procesare a polimerilor.

Sinterizare și presare la cald

Datorită acestor metode, se obțin polietilenă, plăci și cilindri monolitici de format mare. În procesul de prelucrare ulterioară, benzi planificate și diverse mecanisme pentru echipamente sunt obținute de la acestea. Tehnologia de producție implică presarea la rece a pulberii de polimer în semifabricate și sinterizarea lor ulterioară la o temperatură de +200 grade. Ca urmare a tratamentului termic, se obțin semifabricate - monoliti, plăci și blocuri.

Extrudare cu piston

Procesul de producție constă în topirea materiei prime la temperaturi ridicate până la o masă cauciucată omogenă. Din acesta, folosind unități speciale cu atașamente, tije, țevi sau benzi de diferite lungimi sunt stoarse.

Filarea gelului

Tehnologia de fabricație include mai multe etape: dizolvarea materiei prime în ulei de parafină și forțarea masei rezultate prin găuri subțiri în apă. Ca rezultat, se obțin fire care sunt arse în continuare în echipamentele cuptorului cu extragerea simultană a fibrelor și îndepărtarea substanțelor solvente. Când este procesată prin filare pe gel, se obține o fibră super-puternică.

Proprietăți

Datorită structurii moleculelor, UHMWPE este o substanță termoplastică cu un punct de topire relativ scăzut (135-190 ° C); prin urmare, nu se recomandă utilizarea produselor UHMWPE la temperaturi care depășesc 80-100 ° C. Când este încălzit deasupra punctului de topire, UHMWPE nu trece într-o stare de curgere vâscoasă, ci doar într-o stare foarte plastică. Suprafața produselor UHMWPE este netedă la atingere.

UHMWPE are o absorbție foarte scăzută a apei pentru compușii polimerici organici, în intervalul 0,01-0,05%, care se datorează absenței grupărilor polare (ester, amidă, grupări hidroxil) în moleculele UHMWPE. Prin urmare, proprietățile UHMWPE nu se schimbă atunci când sunt expuse la apă (pentru comparație, în Kevlar, puterea atunci când este umedă este redusă de 2 ori din cauza încălcării legăturilor slabe de hidrogen ale grupărilor amide, atunci când este uscată, puterea nu este complet restabilită ). UHMWPE este, de asemenea, rezistent la majoritatea acizilor și a alcalinilor, a radiațiilor UV și gamma și a microorganismelor.

Greutatea specifică a UHMWPE pură este de aproximativ 0,93-0,94, g / cm³ cu aditivi - 0,95 g / cm³. Raportul dintre rezistența la tracțiune și greutatea UHMWPE este cu 40% mai mare decât cel al compușilor aramidici de tip Kevlar. În prezența unei sarcini statice pe termen lung care acționează asupra tensiunii, UHMWPE se deformează în timp ce există solicitări mecanice (această proprietate se numește fluaj).

UHMWPE are un modul de elasticitate suficient de ridicat la îndoire - aproximativ 1 GPa și o tensiune de rupere sau de încovoiere de 20-40 MPa (~ 4 kgf / mm²), fiind astfel inferior la tensiunile de rupere față de cel mai bun conținut ridicat de aliaj cu conținut scăzut de carbon -oțeluri de puritate de 50-100 de ori și modul de elasticitate - de 200 de ori (de exemplu, oțelul pentru scule 4X5MFS după tratament termomecanic la temperatură scăzută sau ausformare are o tensiune de rupere σ_b≈250 kgf / mm² și punctul de randament σ_0,280180-230 kgf / mm²). Cu toate acestea, datorită densității reduse, de 8-8,5 ori mai mică decât cea a oțelurilor, și rezistenței ridicate la oboseală (rezistență), produsele UHMWPE pot concura în rezistență / greutate moartă cu oțelurile structurale cu rezistență redusă și chiar le pot depăși.

Principalele proprietăți ale UHMWPE, care determină utilizarea acestuia, sunt rezistența foarte mare la uzură, coeficientul scăzut de frecare și rezistența ridicată la rupere (fiabilitate la temperatură scăzută). Deci, în ceea ce privește rezistența la uzură, UHMWPE depășește teflonii și chiar oțelurile carbon din punct de vedere al rezistenței la uzură a UHMWPE la temperaturi de funcționare acceptabile și a unor abrazivi. Coeficientul de frecare al UHMWPE (pe oțel) este de aproximativ 0,1. Coeficient de rezistență la impact - 170 kJ / m2 (cu o crestătură - până la 80 kJ / m2), temperaturi de funcționare - de la minus 150 ° С sau chiar minus 260 ° С (conform altor surse - de la minus 80 ° С) la plus 80 -90 ° CU.

Ce este?

Acest material aparține unuia dintre tipurile de etilenă polimerizată din plastic. Caracteristica sa este legăturile moleculare liniare alungite orientate în aceeași direcție. Astfel de circuite se disting printr-o mai bună percepție și transfer de sarcini.

În aparență, polietilena cu greutate moleculară mare seamănă cu plasticul. Este solid, inodor și nu conține substanțe toxice. Materialul este produs prin sinteza catalizatorilor de etilenă și metalocen în instalațiile de joasă presiune. În etapa de producție, o culoare este adăugată la materiile prime pentru a da culoarea etilenei polimerizate.

Producătorii produc, de asemenea, un polimer cu greutate moleculară foarte ridicată (greutate moleculară foarte ridicată) cu o greutate moleculară mai mare de 10.000.000 de unități. (PE-1000). În ceea ce privește caracteristicile de rezistență, este de câteva ori superioară unor grade de oțel carbon și oțel inoxidabil.

Proprietățile și caracteristicile materialului

Polietilena de înaltă rezistență are lanțuri moleculare lungi, care sunt aproape paralele între ele. Această caracteristică structurală oferă indicatori de rezistență ridicată. Cu toate acestea, legături slabe apar între unele molecule, motiv pentru care materialul nu poate fi numit rezistent la căldură. Temperaturile sale de lucru sunt de până la + 100 ° C. Cu o creștere a indicatorilor de temperatură la +140 grade, polimerul se topește și se transformă într-o masă vâscoasă.

Polimerul PE-1000 are următoarele caracteristici tehnice:

• absorbția apei - 0,01-0,05%;
• greutate specifică - 0,93-0,94 g / cm³;
• modul de flexie - nu mai mult de 1 GPa;
• coeficientul de frecare este de aproximativ 0,1;
• coeficientul de rezistență la impact - 160-170 kJ / m²;
• alungirea îndoirii - 8-10%;
• rezistență la suprafață - 1014 ohmi.

Aplicații

Datorită proprietăților sale unice, polietilena cu greutate moleculară mare este utilizată în diverse domenii. Este adesea folosit ca analog, înlocuind diverse metale neferoase, oțeluri foarte aliate și alte materiale.

În medicină

Polimerul ultra-puternic a fost utilizat pentru fabricarea implanturilor încă din 1962. Astăzi, se folosește la realizarea de proteze pentru articulațiile șoldului în chirurgie și implanturi dentare în stomatologie. Materialul este utilizat pentru a crea diverse produse ortopedice.

În industriile chimice, alimentare și ușoare

Materialul este utilizat pentru fabricarea de echipamente și componente pentru producția de alimente, recipiente pentru depozitarea și transportul substanțelor chimic agresive, sticle pentru produse cosmetice, butoaie, rezervoare.

În industria militară

Fibrele puternice de polimer sunt utilizate pentru a face echipament de protecție personală pentru personalul de securitate. În special, din ele se confecționează veste antiglonț și căști. Armura rezultată este ușoară, dar în același timp protejează fiabil împotriva rănilor cu glonț. Și, de asemenea, cu ajutorul acestui polimer, echipamentele speciale sunt blindate.

În ingineria mecanică

Polietilena de înaltă rezistență este utilizată pentru fabricarea pieselor care funcționează în medii hidraulice sau cu ulei. Este folosit pentru a produce rulmenți, bucșe, bucșe, roți dințate - piese supuse unui grad ridicat de abraziune mecanică. Piesele de schimb pentru instalațiile pneumatice cu presiune de lucru crescută sunt fabricate din polimer greu PE-1000.

Articole și echipamente sportive

Materialul este utilizat la fabricarea de costume de garduri, uniforme de alpinism, schiuri, snowboard-uri.

Numeroase bunuri de larg consum sunt fabricate din polimer de înaltă rezistență. Acestea includ floricultură și mobilier de baie, obiecte de uz casnic și unelte de grădină. Este folosit pentru producerea de mobilier, jucării pentru copii, toalete mobile și echipamente pentru amenajarea locurilor de joacă pentru copii.

Puteți afla informații și mai utile despre polietilenă cu greutate moleculară ridicată din videoclip.