超高分子量聚乙烯特性与应用研究

巩玉红

摘要：本文对超高分子量聚乙烯的结构和性能进行了分析研究，并阐明了其相关应用。

关键词：超高分子量聚乙烯;性能;应用

随着环保要求的不断提高，废旧塑料的处理日益成了问题，特别是工程塑料的处理，因为许多工程塑料为了满足使用性能的要求，其基体树脂分子结构中常含有苯环，这就为最终无害化处理带来了麻烦，而超高分子量聚乙烯不仅具有传统工程塑料的优异使用性能，而且环境友好性高，具有广泛的应用前景。

1超高分子量聚乙烯的特性

1.1超高分子量聚乙烯结构特性

超高分子量聚乙烯是一种分子量极高的热塑性塑料，其粘均分子量大于150万或重均分子量大于300万的一种线型聚乙烯。超高分子量聚乙烯与普通PE具有相同的分子结构，主链链节均为（CH2-CH2），与通用聚乙烯相对分子质量仅为（2万～30 万）比较，其分子量十分巨大，分子链很长且无侧链，相邻两个链之间存在着微弱的范德华力，分子链柔顺性较好，故超高分子量聚乙烯具有一些普通聚乙烯及其它一些工程塑料所不具有的独特优异性能，但是由于其分子链长，发生大量缠结，长链流动性差，导致了其加工非常困难。

1.2超高分子量聚乙烯性能特点

超高分子量聚乙烯具有其它常规分子量聚乙烯所不具备的优越的机械性能，其耐磨性位居塑料之首，其耐磨性能是普通聚乙烯的数十倍以上，摩擦系数也比其它工程塑料小，可以与聚四氟乙烯相媲美，是理想的润滑材料。

超高分子量聚乙烯具有优良的抗水性能，其吸水率在工程塑料中是最小的。其耐冲击性能也是目前工程塑料中最高的，比聚碳酸酯还要高3～5倍。由于超高分子量聚乙烯分子结构以直链为主，其拉伸强度高达3～3.5GPa，拉伸弹性模量高达100～125GPa。

超高分子量聚乙烯还具有优良耐化学药品性，在一定温度、浓度范围内能耐各种腐蚀性介质及有机溶剂。优良的耐低温冲击性能，良好的不粘性、无毒、优良的电气绝缘性能等。

1.3超高分子量聚乙烯加工特性

由于分子量大、分子链间缠绕以及分子间力的影响，超高分子量聚乙烯链段在加热下也不易运动，并且在熔融时呈凝胶弹性体粘度大、流动性极差。由于临界剪切速率很低的原因， 超高分子量聚乙烯加工极其困难，和普通聚乙烯等一般热塑性塑料截然不同，易形成“料塞”，易在加料段打滑，挤出速度不能快，否则会造成熔体破裂，注射成型时，会引起气孔和脱层现象，成型温度范围窄，易氧化降解等。

2超高分子量聚乙烯的应用

2.1超高分子量聚乙烯管材

以超高分子量聚乙烯为基础原料制造的塑料管材具有耐磨、抗冲击、耐腐蝕、自润滑、 不结垢等特点，成为适合输送固液混合物、固体粉末、液体、气体等介质的理想管材。超高分子量聚乙烯管材目前已经在矿山、钢铁、冶金、火电、油田等行业得到成功应用，效果卓著，深受用户的好评。其无可比拟的综合使用性能逐步体现，其推广应用完全符合国家的现代产业政策，具有广阔的发展前景。

2.2超高分子量聚乙烯纤维

高性能纤维材料逐渐取代了传统的钢铁和陶瓷而成为主流防弹材料，这些纤维中又包括碳纤维、对位芳纶以及超高分子量聚乙烯纤维等。它们在防弹领域主要应用于防弹衣、防弹装甲和防弹头盔，其中超高分子量聚乙烯纤维因优越的防弹性能而备受关注。其纤维具有高度取向的伸直链结构，与碳纤维、芳纶相比，其强度更高，质量更轻，化学稳定性更好，具有很强的化学惰性，强酸、强碱溶液及有机溶剂对其强度几乎无任何影响。具有很好的耐候性，经1500 h日晒后，纤维强度保持率达80%，耐紫外性能非常优越。耐低温性好，使用温度可低至-150℃。此外，超高分子量聚乙烯纤维的耐磨耐弯曲性能、抗张力疲劳性能、抗切割性能等也是现有高性能纤维中最强的，在安全、防护、航空航天、国防装备、车辆制造、造船、体育界等领域发挥着举足轻重的作用。在民用工业领域，超高分子量聚乙烯纤维作为抗冲击、减震材料及高性能轻质复合材料也有着广阔的应用前景。

在民用领域，超高分子量聚乙烯纤维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程，在自重下的断裂长度是钢绳的8倍，是芳纶的2倍。超高分子量聚乙烯绳索用于超级油轮、海洋操作平台、灯塔等的固定锚绳，解决了以往使用钢缆遇到的锈蚀和尼龙、聚酯缆绳遇到的腐蚀、水解、紫外降解等引起缆绳强度降低和断裂，需经常进行更换的问题。

2.3超高分子量聚乙烯薄膜

将超高分子量聚乙烯溶解在挥发溶剂中，连续挤出，然后经一个热可逆凝胶/结晶过程，使其成为一种湿润的凝胶膜，蒸除溶剂使膜干燥。由于已形成的骨架结构限制了凝胶的收缩，在干燥过程中产生微孔，经双轴拉伸达到最大空隙率而不破坏完整的多孔结构。这种材料可用作防水、通氧织物和耐化学品服装，也可用作超滤/微量过滤膜、复合薄膜和蓄电池隔板等。与其它方法相比，由此法制备的多孔超高分子量聚乙烯膜具有最佳的孔径、强度和厚度等综合性能。

2.4其他

在医学方面，用于牙托材料、医用移植物和整形缝合等领域，它的生物相容性和耐久性都较好，并具有高的稳定性，不会引起过敏，已作临床应用。还用于医用手套和其他医疗措施等方面。

3结束语

耐高温、耐磨、导电和电磁屏蔽等高性能化的工程塑料产品有很大的发展空间。由于超高分子量聚乙烯具有很多工程塑料无法比拟的优点，随着国产超高分子量聚乙烯加工技术的日益成熟，必将带动超高分子量聚乙烯产品在国防和民用领域的研究和发展。

参考文献：

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[2] 孙山峰，代士维，徐绍魁.超高分子量聚乙烯纤维的性能与应用[J].当代化工研究， 2019（7）：97–98.