超高分子量聚乙烯板
作者：德州鑫旭耐磨材料有限公司
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時(shí)間：2022-12-16
超高分子量聚乙烯板材是一種性能優(yōu)制的工程塑料，如板高的耐磨、抗沖擊性能、很低的磨擦系數(shù)、良好的自潤(rùn)滑性能，優(yōu)良的耐低溫、耐化學(xué)腐蝕等。
1、提高耐磨性。提高分子量聚乙烯最引人注目的一個(gè)性能是它具有極高耐磨性，這一性能有許多工程應(yīng)用中都是十分寶貴的。在目前所有塑料中，其耐磨性是最好的，就連許多金屬材料(如碳鋼、不銹鋼、青銅等)的有規(guī)則磨性也不如它。隨著聚乙烯分子量的升高，這種材料就越耐磨。
2、極高的抗沖擊性能。超高分子量聚乙烯的抗沖強(qiáng)度和它的分子量有關(guān)，分子量低于200萬(wàn)時(shí)，隨分子量增長(zhǎng)，沖擊強(qiáng)度增高，在200萬(wàn)左右達(dá)到一峰值，這時(shí)峰后，分子量再升高沖擊強(qiáng)度反而會(huì)下降。這是由于分子鏈非常時(shí)妨礙了它的光晶作用，使在大分子中存在大的無(wú)定形區(qū)因而可以吸收較大的沖擊能量。
根據(jù)文獻(xiàn)資料，超高分子量聚乙烯和其它塑料按ASTM-D256方法測(cè)定的沖擊強(qiáng)度值，從比較中得出：超高分子量聚乙烯的常溫抗沖擊性可分為以耐沖擊著稱(chēng)的聚碳酯媲美，應(yīng)用于常用的工程塑料。超高分子量聚乙烯即使有-40oC低溫下，仍有很譏的抗沖擊性能，甚至在液氣-269oC溫度下，仍然能保持較好的耐沖擊性能，這種優(yōu)異的低溫特性，使超高分子量聚乙烯的應(yīng)用擴(kuò)展到低溫工程領(lǐng)域。
3、很低的磨擦系數(shù)。超高分子量聚乙烯非常耐磨，而且磨擦系數(shù)低、自潤(rùn)滑性良好，是一種理想的軸承軸套、滑塊、襯里材料。
使用超高分子量聚乙烯作為設(shè)備的磨擦部件，除可提高耐磨壽命外，還可收到節(jié)能效果。
4、良好的耐化學(xué)腐蝕性。超高分子量聚乙具有良的耐化學(xué)腐蝕特性，除濃硝酸、濃硫酸外，它在所有的堿液、酸液中都不會(huì)受腐蝕，并且可在溫度(80oC的濃鹽酸中應(yīng)用，在<20%的硝酸、<75%的硫酸中也是穩(wěn)定的，它對(duì)水、液體洗滌也很穩(wěn)定。)
但是，超高分子量聚乙烯在芳香料或鹵代料化合物中(特別是在溫度較高的狀況下)極易溶脹，因此，應(yīng)用時(shí)要特別注意。
5、很低吸水性。超高分子量聚乙烯吸水率很低，它幾乎是不吸水，在水中不膨脹，比尼龍的吸水性小得多。
6、熱學(xué)性能。按ASTM(負(fù)荷4.6kg/cm2)方法的測(cè)定，熱變形溫度為85℃,在較小的負(fù)荷下，使用溫度可達(dá)90℃，在特殊情況下，允許在更高的溫 度下使用，由于超高分子量聚乙烯是一種韌性極好的材料，因而它的耐低性能也非常優(yōu)異，在-269℃低溫下，仍具有一定的延展性，而沒(méi)有脆裂跡象。
7、電性能。超高分子量聚乙烯在很寬的溫度范圍內(nèi)，都具有很優(yōu)良的電性能，它的體積電阻達(dá)10-18CM，擊穿電壓達(dá)50KV/mm,介電常數(shù)2.3。在較寬的溫度及頻率范圍內(nèi)，它的電性能變化極小。在耐熱溫度范圍內(nèi)，很適宜用作電氣工程的結(jié)構(gòu)材料和紙廠的材料。
8、無(wú)毒性超高分子量聚乙烯無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)臭，本身無(wú)腐蝕性，具有生理循性和生理適應(yīng)性，美國(guó)食品與藥品管理局(FDA)和美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)允許它用于與食品和藥品接觸的場(chǎng)合。
它的這些特性，特別是耐磨、抗沖擊性、自潤(rùn)滑性能，在工程塑料中都是最好的。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）綜合了所有塑料的優(yōu)越性能，其耐沖擊、耐磨損、耐化學(xué)腐蝕、自身潤(rùn)滑、吸收沖擊能這五個(gè)特性是目前即存塑料中所具有的最高數(shù)值，這種新型塑料制品的杰出性能在歐美各國(guó)受到普遍重視。超高分子量聚乙烯樹(shù)脂是由乙烯、丁二烯單體在催化劑的作用下聚合而成的粘均分子量大于150萬(wàn)～700萬(wàn)的熱塑性工程塑料，被稱(chēng)為"神奇的塑料" 。
產(chǎn)品性能
1、機(jī)械性能
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指標(biāo)名稱(chēng) |
單位 |
測(cè)試方法 |
指標(biāo) |
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密度 |
g/cm3 |
ASTM1505 |
0.94 |
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斷裂強(qiáng)度 |
MPa |
D638 |
42 |
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斷裂伸長(zhǎng)率 |
% |
D638 |
350 |
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簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度 |
Kj/m2 |
D256 |
≥100 |
2．熱性能：
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指標(biāo)名稱(chēng) |
單位 |
測(cè)度方法 |
指標(biāo) |
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融點(diǎn) |
℃ |
ASTMD2117 |
136 |
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維卡軟化點(diǎn) |
℃ |
ASTMD1512 |
134 |
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熱膨帳系數(shù) |
10-4/℃ |
ASTMD648 |
1.5 |
|
熱變形溫度(4.6kg/cm2) |
℃ |
ASTMD648 |
90 |
電性能：
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指標(biāo)名稱(chēng) |
單位 |
測(cè)試方法 |
指 標(biāo) |
|
體積電阻系數(shù) |
歐姆.厘米 |
ASTMD257 |
1017 |
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表面電阻系數(shù) |
歐姆 |
ASTMD257 |
1013 |
|
電介質(zhì)強(qiáng)度 |
千伏/毫米 |
ASTMD149 |
900 |
|
介電系數(shù) |
106赫芝 |
ASTMD150 |
2.3 |
耐寒性
高密度聚乙烯分子量超過(guò)50萬(wàn)時(shí)，脆化溫度降至-140℃。超高分子量聚乙烯甚至可以在液氮或液氦下作用，其使用溫度可達(dá)-269以下℃，仍有一定機(jī)械強(qiáng)度。
耐磨性
超高分子量聚乙烯具有極佳的耐磨性，分子量越高，材料的耐磨性越好。
超高與其他材料磨耗對(duì)比參數(shù)
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材料 |
UHME-PE |
PTFE |
PA66 |
聚甲醛 |
45#碳鋼 |
不銹鋼 |
黃鋼 |
|
磨損率平均值 |
0.74 |
2.31 |
1.51 |
3.1 |
4.02 |
4.05 |
16.74 |
注：耐磨耗性能試驗(yàn)條件：
沙/水=3/2(重要比) 選用16目~24目/時(shí)之間建筑用沙，試片轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/分，試片盡寸60mm×40mm×3mm，每個(gè)試片均磨7小時(shí)。
超高分子量聚乙稀磨損率比較
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產(chǎn)品名稱(chēng) |
分子量 |
磨損率平均值% |
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超高分子量聚乙稀 |
570萬(wàn) |
0.30 |
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400萬(wàn) |
0.41 |
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380萬(wàn) |
0.45 |
|
280萬(wàn) |
0.50 |
|
160萬(wàn) |
0.74 |
6．沖擊強(qiáng)度
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材料 |
UHMWPE |
HDPE |
ABS |
PA66 |
PC |
POM |
PTEE |
沖擊強(qiáng)度
Kj/m2 |
≥100 |
27 |
16~44 |
6~11 |
71~95 |
8~13 |
16 |
注:測(cè)試按ASTMD256方法進(jìn)行。
7．磨擦系數(shù)
磨擦系數(shù)是UHMW-PE具有自潤(rùn)滑性的原因.它可以在沒(méi)有潤(rùn)滑油的條件下,以滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)形式工作，比鋼和銅在加潤(rùn)滑油的場(chǎng)合下的潤(rùn)滑性能還好。
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樹(shù)脂 |
無(wú)潤(rùn)滑 |
水潤(rùn)滑 |
油潤(rùn)滑 |
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超高分子量聚乙烯 |
0.0.7-0.11 |
0.005-0.10 |
0.05-0.08 |
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聚四氟乙烯 |
0.04-0.1 |
0.04-0.08 |
0.04-0.05 |
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尼龍66 |
0.15-0.40 |
0.14-0.19 |
0.06-0.11 |
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聚甲醛 |
0.15-0.35 |
0.10-0.20 |
0.05-0.10 |
注:測(cè)試方式按ASTMD1894進(jìn)行
8..吸水率
超高分子量聚乙烯的吸水率極低，因此，其物理機(jī)械性能與使用的工況條件中的溫度因素?zé)o關(guān)。
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材料 |
UHME-PE |
ABS |
PA66 |
PC |
POM |
PTEE |
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吸水率% |
＜0.01 |
0.20~0.45 |
1.5 |
0.15 |
0.25 |
＜0.01 |
注:試驗(yàn)方式按ASTM570
9.優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性
超高分子量聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性很高，在一定的溫度，濃度范圍內(nèi)能耐酸、堿、鹽等各種腐蝕性介質(zhì)(酸、堿、鹽)及有機(jī)溶劑的作用。
10.無(wú)毒性
超高分子量聚乙烯無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)嗅，本身無(wú)腐蝕性，具有生理循環(huán)性和生理適應(yīng)性，美國(guó)食品與藥品管理局(FDA)和美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)允許它用于與食品和藥品接觸的場(chǎng)合,因此適用于食品、醫(yī)藥等對(duì)衛(wèi)生條件要求較高的行業(yè)。
二、行業(yè)運(yùn)用
因超高分子量聚乙烯這種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，其制成品板材在不同領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用
料倉(cāng)、溜槽襯里
在貯倉(cāng)、料箱、料斗或其它容器的散裝物料以及這些物料在溜槽、漏斗、輸送溜槽和相類(lèi)似設(shè)備的貯存和運(yùn)輸過(guò)程中，通常由于物料結(jié)塊、架橋或凍結(jié)而受阻，解決這些問(wèn)題耗資費(fèi)時(shí)。采用超高分子量聚乙烯材料襯里是解決這些問(wèn)題的最佳形式。因?yàn)橛贸叻肿恿烤巯┎牧弦r里具有如下優(yōu)點(diǎn)：
高耐磨和極低磨擦系數(shù)，防止物料架橋時(shí)流動(dòng)受阻；
極低吸水性。它不被水所潤(rùn)濕，不受物料濕度的影響。因此，物料不會(huì)在襯里壁上，或特別是露天作業(yè)，也不會(huì)因溫度太低造成濕的物料和容器凍在一起；
符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。超高分子量聚乙烯為無(wú)味、無(wú)嗅、無(wú)毒的材料。因此，允許用于與食品和藥品接觸的場(chǎng)合。
襯里的應(yīng)用事例
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應(yīng)用場(chǎng)合 |
襯里材料 |
介質(zhì) |
應(yīng)用結(jié)果 |
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氧化鐵礦貯斗 |
超高分子量
聚乙烯板材 |
氧化鐵
顆粒度：80%<30目
20%細(xì)粉<100目
產(chǎn)量：13000噸/天 |
使用一年后，沒(méi)發(fā)現(xiàn)磨耗、粘結(jié)和“架橋”現(xiàn)象。 |
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燒結(jié)廠的礦石貯倉(cāng) |
超高分子量
聚乙烯板材 |
礦石
顆粒度0-1，水分4-7% |
使用一年后，板材表面磨耗深度約0.5mm)，沒(méi)有發(fā)生粘結(jié)或滯留現(xiàn)象。 |
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煤加工輸送溜槽 |
超高分子量
聚乙烯板材 |
原煙煤
顆粒度：
0-0.25-0-0.5
灰份：25%
硫：4%
產(chǎn)量：600噸/天 |
使用兩年后，沒(méi)發(fā)現(xiàn)磨耗、粘連、滯留或“架橋”現(xiàn)象。 |
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煤碳輸送料倉(cāng) |
超高分子量
聚乙烯板材 |
帶有煤灰和煤漿和煤炭
顆粒度：0-1/4
產(chǎn)量：3000噸/天 |
使用五年后，沒(méi)發(fā)現(xiàn)明顯磨耗 |
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潮濕的硫酸鈣溜槽 |
超高分子量
聚乙烯板材 |
濕的硫酸鈣
顆粒度：泥漿狀 |
該溜槽位于運(yùn)輸帶下面，通過(guò)該溜槽喂料，把硫酸鈣進(jìn)一步加工。襯里使用一年后，沒(méi)有現(xiàn)明顯磨耗，也沒(méi)發(fā)生粘結(jié)、滯留現(xiàn)象。 |
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船倉(cāng)車(chē)箱的襯里 |
超高分子量
聚乙烯板材 |
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一般的散裝船倉(cāng)內(nèi)襯安裝上超高分子量聚乙烯板材后，平均卸貨時(shí)間由原來(lái)的16-20小時(shí)減少到13-17小時(shí)，節(jié)省卸貨時(shí)間和費(fèi)用。汽車(chē)貨斗的襯里也可以顯著提高卸貨的速度。 |
2．碼頭護(hù)弦板
本產(chǎn)品作為碼頭護(hù)弦板，可防止船舶與碼頭的撞擊而造成的損壞，具有良好的抗沖擊性能，替代傳統(tǒng)的鋼制護(hù)弦，有單獨(dú)作護(hù)弦板，有橡膠復(fù)合，廣泛運(yùn)用各大港口，國(guó)內(nèi)外港口均采用些方案，根我們了解，做橡膠護(hù)弦的單位，一年，每家單位PE/UHMPE 板一年的用量有兩三百萬(wàn)，市場(chǎng)較為樂(lè)觀。
3．一般機(jī)械用各類(lèi)導(dǎo)槽、導(dǎo)軌、導(dǎo)流板等
4．農(nóng)業(yè)機(jī)械和建筑機(jī)械：
利用超高分子聚乙烯量的自潤(rùn)滑性、不粘性，在日本和歐州廣泛用于農(nóng)耕機(jī)械和推土機(jī)的推土板、汽車(chē)翻斗襯里。這樣可使其不與泥土、泥漿等粘連，以此節(jié)約能耗，提高作業(yè)效率。
5．運(yùn)動(dòng)及娛樂(lè)器材：滑雪具襯里。
6．砧板：食品加工廠用的切配臺(tái)板、工作臺(tái)面等
應(yīng)用領(lǐng)域： 可廣泛應(yīng)用于采礦業(yè)、選煤廠、冶金工業(yè)、熱電廠、造船業(yè)等部門(mén)的輸送液體、固體、固液混合體的漏斗、漏槽、翻板、刮板輸送機(jī)的滑道、跳汰機(jī)篩板、浮選機(jī)襯板、船舶貨艙內(nèi)襯板、大型滑塊、礦車(chē)、翻斗車(chē)車(chē)廂襯里等的耐磨耐腐應(yīng)用，具有物超所值的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
使用范圍：
化學(xué)工程：耐腐耐磨機(jī)械部件
火力發(fā)電：輸煤、貯煤，倉(cāng)貯溜槽襯里
煤處理：篩板、濾板、井下U型采煤溜槽
混凝土：水泥生料倉(cāng)及成品料倉(cāng)襯里
谷物：食糧倉(cāng)貯溜槽襯里
采礦：篩板、溜槽襯里，耐磨抗粘結(jié)部分
食品工業(yè)：星形輪，輸送瓶子的計(jì)時(shí)螺桿、軸承、導(dǎo)向輥、導(dǎo)軌、滑塊座等
軍工：軍事防護(hù)的屏蔽，搞沖擊的設(shè)備部件
核電站：防輻射源屏蔽。
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