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超高分子量聚乙烯板材的性能特点及其工业应用
2014-06-20 21:59:30

超高分子量聚乙烯板材的性能特点及其工业应用

  超高分子量聚乙烯板是热塑性工程塑料。它综合了大部分塑料的优越性能,耐冲击、耐低温、耐磨损、耐化学腐蚀、自身润滑、吸收冲击能,这六个特性是目前塑料中所具有的最高数值,近年来这种新型塑料制品在欧美各国得到广泛使用,需求量越来越大。同样,在我国超高分子量聚乙烯制品应用也越来越广泛,是我国“九五”计划《优先发展的高新技术产业化重点领域指南》的推广项目。
 超高分子量聚乙烯板采用齐格勒型高效催化剂低压合成法,分子量根据需要控制在150-300万以上。考虑到加工过程分子的热降解,因此具有粘均分子量大于170万的高密度聚乙烯加工成各种制品,才能更加具有优越性能。
1、高耐磨性:在目前所有的工程塑料中UHMW-PE的耐磨性能最好,最引人注目。分子量越高材料就越耐磨,甚至超过许多金属材料(如碳钢、不锈钢、青铜等)。例如UHMW-PE管,在强腐蚀和高磨损条件下使用寿命是钢管的4-6倍,而且提高输送效率20%。充分展现了 "节能、环保、经济、高效"的优越性。
2、耐腐蚀性:在碱液中不受腐蚀,在75%的浓硫酸、20%的硝酸中性能稳定,它对海水、液体洗涤剂也很稳定。
3、极低的摩擦系数:静摩擦系数为0.07,自润滑性良好,是一种理想的轴承、轴套、滑块、衬里材料。选用UHMW-PE作为设备的摩擦部件,除可提高耐磨寿命外,还可收到节能效果。
4、抗冲击性:抗冲击性居塑料之首,无论是外力强冲击,还是内部压力波动,都难以使其开裂。其冲击强度是尼龙66的10倍,聚氯乙烯的20倍,聚四氟乙烯的8倍;特别是在低温环境,其冲击强度反而达到最高值,其柔韧性能为输送系统提供了极为安全可靠的保障。
5、抗老化性:性能稳定,抗老化性好,地面、地下埋没均可,50年不老化。按ASTM方法测定(负荷4.6㎏/cm2),热变形温度为85℃,使用温度可达90℃,特殊情况下,允许在更高的温度下使用。UHMW-PE是一种韧性极好的材料,它的耐低温性能也非常优异,在-269℃低温下,仍具有一定的延展性,而没有脆裂迹象。但线膨胀系数较大,导热性很差,所以在设计制品时,要给予充分注意。
6、电性能:体积电阻大,击穿电压达50KV/mm,介电常数为2.3。在较宽的温度及频率范围内,适宜用作电气工程的结构材料。
7、卫生无毒:UHMW-PE无味、无毒、无臭,本身无腐蚀性,具有生理惰性和生理适应性。美国食品与药品管理局(FDA)和美国农业部(USDA)允许它用于与食品和药品接触的场合。
超高分子量聚乙烯板是最合适的料仓、溜槽内衬材料,在贮仓、料箱、料斗或其他容器的散装物料以及这些物料在溜槽、漏斗、输送溜槽和相类似设备的储存和运输过程中,通常由于物料结块、架桥或冻结而受阻,形成漏斗状流动、沟状流动等,严重时形成结拱堵塞、架桥堵塞,结果导致生产环节停顿,浪费能源并涉及生产的一系列的安全问题,解决这些难题耗费大量的资金和宝贵的生产时间。国内外解决这种问题已有多年经验,采用UHMWPE材料做内衬是解决该类问题的最合适形式,而且已得到广泛使用并取得了良好效果。
1、料斗等散料输送设备堵塞原因分析:
(1)料仓仓体壁倾角太小,下出料口尺寸过于狭小,影响物料顺利流动,容易造成散料堵塞。
(2)散料粘结在料仓壁上使料仓逐渐缩小,容易出现漏斗状流动或篷堵、块煤卡堵事故,使料仓失去存储和调节作用。
(3)物料体积较大彼此交错或有超长异物夹杂而形成堵仓。
(4)以粉料输送为主的料仓,含有一定水份的散料在仓内储存时间较长时,容易压实结拱堵塞。
(5)在寒冷地区的企业冬季若防寒措施有限,容易发生含水份的物料和仓壁冻结在一起而造成的堵仓。 
以上堵仓故障发生最多的是仓壁粘料,其主要原因有:仓壁摩擦系数大吸水性强、物料粒度小(如煤粉0.5mm以下含量增多时粘结力会急剧增大)含水份(原煤水份在4-12%时最容易发生粘结),仓中储料后下部料受上部料的压实,加剧了料仓的粘结。                  
我单位与北京理工大学经过大量的实验和共同研究得到当加入一定量的微胶囊化红磷和适量炭黑,UHMWPE的氧指数达到29.0%,无滴落现象、发烟量小,且体积电阻率和表面电阻率降低,本身优异的耐冲击性与耐磨性基本得到保持,并且较大幅度地提高了热变形温度和变曲强度,各项性能均能满足一般应用的需要,扩宽了UHMWPE的应用领域。经北京理工大学阻燃材料研究室国家专业实验室检验,属无害、无污染的阻燃制品。
因而被广泛应用于我国的焦化、钢铁、电力、煤炭、水泥、矿山等行业的煤仓、料仓、石膏仓、石灰仓、均化仓、水泥仓、自卸汽车、混合料筒,解决了这些部位长期存在的粘结、架桥、磨损快、生产效率低等问题,被科研和设计部门认为是目前解决粘结、磨损等问题的最佳工程塑料,并向所在行业大力推广,取得了显著的经济效益和社会效益。
超高分子量聚乙烯板在矿粉、矿浆、砂石及电厂灰渣输送方面的用途:超高分子量聚乙烯由于具有极高的耐磨性、自润滑性和耐腐蚀性,特别适合于煤粉、矿粉及固液混合浆状物的输送。普通钢管用于输送选矿厂的煤粉、磁铁粉等重介质,由于磨损严重,平均每4个月就要更换一次,如果采用超高分子量聚乙烯管材,寿命将大大增加。此外,超高分子量聚乙烯除应用于煤矿外,还可应用于铁矿、锰矿等黑色金属矿业;铜矿、金矿、铝矿等有色金属矿业;石墨矿、石灰矿、铝土矿、石膏矿等非金属矿业。超高分子量聚乙烯管材也非常适用于水利航运部门航道(海航、江航及河航)及码头清理泥沙所需的抽送管路等。
超高分子量聚乙烯板的特殊用途是可制作特殊的塑料管制品。可将超高分子量聚乙烯板,然后分切成各种套筒,主要用于替代矿山皮带运输机中的托辊及其钢质轴承。由于矿用皮带运输机的工作条件十分恶劣,水、煤、泥、煤渣、矿砂、砂石等经常进入轴承内,造成运转不灵便,甚至卡死,加剧了托辊和皮带的磨损。因此轴承用量非常大,就煤炭工业系统来说,每生产100万t煤约消耗1.5万个轴承。皮带机的日常维护主要是更换托辊,而托辊的维护主要是更换轴承。如果这些轴承都采用超高分子量聚乙烯制作,由于超高分子量聚乙烯的高耐磨性和高自润滑性,可大大简化皮带机托辊的结构,安装维护非常方便,每年可为煤炭行业节省大笔费用。  合成工艺
   在齐格勒催化剂存在下,由乙烯或乙烯与α-烯烃聚合而成。超高分子量聚乙烯的生产过程与普通高密度聚乙烯的生产过程相类似,都是采用齐格勒催化剂在一定条件下使乙烯聚合的。也就是说,只要采用齐格勒催化剂并在适当的工艺条件下即可制得超高分子量聚乙烯。该工艺与高密度聚乙烯的低压淤浆法工艺十分相近,负载型齐格勒系高效催化剂也比过去更能使催化效率大为提高,并使聚合工艺得以简化,从而使装置投资和生产操作费用大幅度降低,使超高分子量聚乙烯的价格成为热塑性工程塑料中最低廉的一种。