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超高分子量聚乙烯具体生产工艺详细介绍
2014-06-20 22:08:01

超高分子量聚乙烯具体生产工艺详细介绍               
     1、超高分子量聚乙烯是一种性能优良的工程塑料, 广泛应用于化学工业、食品和饮料加工机械、铸件、木材加工工业、散装材料处理、医疗上的人工移植器官、采矿加工机械、纺织机械及交通运输车辆、体育娱乐设备等领域。它的分子结构与普通聚乙烯的基本相同, 但分子量却高达100万以上, 因而具有不同于普通聚乙烯的一些特殊性能, 其中最显著的应用特性就是能代替钢材, 用来制作管材、化工阀门、泵和密封填料、纺织机械的齿轮和皮结、输送机的蜗轮杆、轴承、轴瓦、煤块滑道、各种料斗和筒仓的衬里材料以及食品加工机械的料斗和辊筒、体育用品和溜冰场等, 超高分子量聚乙烯的耐磨性比钢材好, 价格却比钢材低川, 因而受到人们的关注和欢迎。
    超高分子量聚乙烯是乙烯等烯烃单体通过淤浆聚合工艺而成,其粘均分子量大于120万,产品外观为白色粉末。

2 超高分子量聚乙烯的生产方法和工艺
    目前世界各公司均在采用的低压聚合工艺,超高分子量聚乙烯是由乙烯聚合而成, 其合成反应式
             
    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。
    现在,世界上生产超高分子量聚乙烯的各公司均采用齐格勒系催化剂的低压聚合工艺生产超高分子量聚乙烯。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。超高分子量聚乙烯的生产工艺与低压淤浆法高密度聚乙烯的生产工艺不同之处仅仅在后阶段工艺上􀀁 超高分子量聚乙烯生产工艺没有造粒工序, 产品呈粉末状。关于超高分子量聚乙烯生产工艺流程, 在国外杂志上尚未见发表过川。根据国内超高分子量聚乙烯生产工艺并结合国外低压浆法高密度聚乙烯生产工艺, 推测出国外超高分子量聚乙烯专门生产装置的生产工艺流程可能(如图1所示.)

2.2 催化剂的制备
    将负载型齐格勒催化剂(􀀁例如氯化镁或乙氧基镁上载有TiCl4催化剂)􀀁和烷铝􀀁例如三乙基铝􀀁用己烷溶剂配至一定浓度后用泵打人聚合釜。
2.3 聚合
    将高纯度乙烯、氢气、催化剂连续不断地加人聚合反应器中, 在80 ℃ 及0.98MPa�条件下进行淤浆聚合(时间4h), 聚合热采用聚合釜夹套冷却及气体外循环方式除去。聚合物的分子量通过高速工业气相色谱仪对聚合釜中气相乙烯和氢的成分进行自动测定来控制,然后用微型电子计算机进行氢􀀁乙烯比值的计算, 并将计算结果作为进聚合釜氢流量调节的给定值, 从而实现工业色谱的闭环控制。通过调节聚合釜的各条件(􀀁或通过特种催化剂)来控制聚合物的分子量分布。得到的聚合物浆液靠本身的压力压到闪蒸釜中, 将溶解于溶剂中的少量未反应的乙烯在闪蒸釜中分离出来, 由压缩机升压后返回聚合釜。
2.4 分离及干燥
    聚合工段送来的淤浆由离心机分离成滤饼和母液, 滤饼经汽提后在蒸汽转筒干燥器􀀁或闪蒸干燥器、沸腾床干燥器􀀁内干燥成粉末, 干燥后的粉末状聚合物用氮气输送到粉末料斗中。离心机分离出来的母液一部分循环至聚合釜, 余下的经汽提后送至溶剂回收工段。从干燥器出来的气体进人洗涤塔用己烷洗涤, 经冷却器冷却, 回收气体中的少量己烷后循环使用。
2.5 分筛、掺混和包装
      超高分子量聚乙烯粉末进人分筛机, 按粒径尺寸分成几种不同的规格, 不同粒径规格的超高分子量聚乙烯粉末用氮气输送到各自的粉末料仓。超高分子量聚乙烯粉末从料仓经计量器计量后进人掺混机, 与进人掺混机的各种添加剂相混合。掺混后的超高分子量聚乙烯(或未经掺混的超高分子量聚乙烯)粉末经风送到包装料斗, 再经包装机包装作为成品出厂。
2.6 溶剂回收
    从分离干燥工段来的溶剂己烷, 加入少量碱液中和并用水洗去除杂质, 再通过己烷汽提塔分离成低分子量聚合物(低聚物)和己烷, 低聚物在熔融状态下, 从塔底排出。从塔顶出来的己烷在己烷脱水塔中除去水分, 再经分子筛、己烷干燥器进一步脱除微量水分后, 供催化剂和聚合工段使用。
2.6 低聚物处理
低聚物贮槽中熔融状低聚物经切片机切成片状后送至界区外, 另行处理和使用。


 2.7 性能
     虽然超高分子量聚乙烯在结构上与均普通聚乙烯相同,但由于超高分子量聚乙烯的相对分子质量比一般聚乙烯要高得多(普通聚乙烯相对分子质量一般为2万一30万,而超高分子量聚乙烯—般为200万以上),因此便赋与它许多普通聚乙烯所没有的优良性能,下面逐一介绍:
 2.7.1 优良性能
(1)耐磨损性能  超高分子量聚乙烯的耐磨损性能居塑料之首,比碳钢、黄铜还耐磨数倍。图2—l表示在沙浆磨损法测试下,超高分子量聚乙烯的磨损性能与其他材料的磨损性能比较结果。试验条件为:沙浆由2份水、3份沙组成;试件的转速900r/min;运转时间7h。

(2)冲击性能  超高分子量聚乙烯的冲击强度是现有塑料中的最高值,即使在—70摄氏度时仍有相当高的冲击强度。图2—2为超高分子量聚乙烯的冲击强度与其他几种常见工程塑料的冲击强度比较。

(3)自润滑  超高分子量聚乙烯具有很好的自润滑件能,摩擦系数小,它的摩擦系数可以和聚四氟乙烯(PTF相媲美,如表2—1所示:与钢、铜配对使用时不易产生粘着磨损,并且对配偶件磨损小:

(4)吸水性  超高分子量聚乙烯的吸水量在工程塑料中是最小的,如表2—2所水。这是出于超高分子量聚乙烯的分子链仅由碳氢元素组成,分子中无极性基团所以吸水度极低。出此制品即使足够潮湿的环境个也不会因吸水而使尺寸发生变化,同时也不会影响制品的精度和耐磨性等机械性能,并且在成型加工前原料也不需要干燥处理。

  2.7.2 超高分子量聚乙烯常用性能指标
  表2-3是超高分子量聚乙烯常见物理、机械性能、热性能以及电性能等指标。

    (1)耐化学药品性能  超高分子量聚乙烯具有优良的耐化学药品性能,在一定温度、浓度范围内许多腐蚀性介质(酸、碱、盐)及有机溶剂也对它也无可奈何。这是由于超高分子量聚乙烯在分子结构上没有官能团,而且几乎没有支链和双键以及结晶度高等因素的缘故。但它在浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、卤化烃以及芳香焊等溶剂中不稳定.并且随着温度方向氧化速度加快。
    (2)卫生无毒  超高分子量聚乙烯卫生无毒,符合日本协会标准,并得到美国食品及药物行政管理局和美国农业部的认证,能够直接接触食品和药品。
    (3)不粘附件  超高分子量聚乙烯表面吸附力很小,其抗粘附能力仅次于塑料中不粘性最好的聚四氟乙烯,制品表面不易帖附异物。
(4)耐低温性  超高分子量聚乙烯具有非常优良的低温性能,在所有材料中是最佳的,即使在液态氯温度(—269℃)下仍有一定冲击强度和耐磨性。所以用于低温部件、管道以及核工业等极低温情况。超高分子量聚乙烯还具有优良的电绝缘性能、减振吸收冲击能大、应力集中小等优点。超高分子量聚乙烯的耐候性也很优良,励候性主要是耐紫外线照射能力。影响超高分子量聚乙烯耐候件的主要因素是分子链中不饱和基团的种类、数量和相对分子质量等。相对分子质量中的不饱和基团(特别是反式次亚乙烯基和亚乙烯基等)越少、相对分子质量越大,则耐候性越好。

3 影响因素
     测试制品的相对分子质量可以反映超高分子量聚乙烯成型加工工艺上的各个参数选择是否合理,主要验证的工艺参数有:抗氧剂种类选择的合理性、烧结温度的高低、烧结时间的长短、压力的大小以及冷却速率等等。抗氧剂有利于防止超高分子量聚乙烯氧化降解;烧结温度高烧结速率快,节省加热时间,但温度不能过高,若温度过高则将出现明显降解,降低超南分子量聚乙烯的性能;同样,烧结时间短会出现制品中间存有生料,但若烧结时间过长也会使超高分子量聚乙烯降解;制品的冷却速度虽然不会使超向分子量聚乙烯降解,但是若冷却速率过快会降低制品的结品度,影响其机械性能和耐磨性等。