แอปพลิเคชัน
ในกิจการทหาร: การสร้างชุดเกราะตามเส้นใย UHMWPE (เสื้อเกราะกันกระสุน, เสื้อกันกระสุน) ของคลาสการป้องกันต่างๆ, หมวกกันน็อค ในการผลิตผ้าจากเส้นใย UHMWPE จะถูกนำไปใช้ในมุมต่างๆ (ผ้าหลายแกนจากชั้นของแผ่นไม้อัด UD ทิศทางเดียว - UniDirectional) ซึ่งเพิ่มความแข็งแรงของแพ็คเกจหลายชั้น
- ในทางวิศวกรรมเครื่องกล (เครื่องจักรผลิตกระดาษ ฯลฯ): ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของผลิตภัณฑ์และความต้านทานการสึกหรอของ UHMWPE นั้นใกล้เคียงกับค่าของฟลูออโรพลาสติกด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก ชิ้นส่วน UHMWPE ใช้สำหรับซีลในระบบไฮดรอลิกและนิวแมติกและในหน่วยแรงเสียดทานแบบแห้ง
- ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า: ฉนวน, ฉนวนสายเคเบิล ฯลฯ
- ในการขนส่ง การต่อเรือ: แผง UHMWPE เรียงรายไปด้วยทางลื่นของอู่ต่อเรือ เชือกและเชือกใช้สำหรับลากจูง จอดเรือ และยึดอุปกรณ์บนเรือ: ในขณะเดียวกัน ความแข็งแรงและความต้านทานการสึกหรอของเชือกดังกล่าวต่อมวลหน่วยจะสูงกว่าเกรดเหล็กบางประเภท คุณสมบัติของเชือกเหล่านี้จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเปียก เชือกดังกล่าว ไม่จมน้ำและไม่ต้องหล่อลื่น ... โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่รู้จักคือสายเคเบิลที่ทำจากเส้นใย UHMWPE "Dyneima" ("DSM", เนเธอร์แลนด์), "Spectra" ("Honiwell", USA)
- ในกีฬา: อุปกรณ์ป้องกันการกระแทกในการฟันดาบ, เชือกร่มชูชีพ, เอ็นตกปลา, เชือกสำหรับปีนเขา, ในการผลิตสกีและสโนว์บอร์ด (ร่วมกับคาร์บอนไฟเบอร์, การเพิ่มความแข็งแรงและความยืดหยุ่น), น้ำแข็งสังเคราะห์ (ที่หุ้มสำหรับกีฬาน้ำแข็ง: ฮอกกี้, ดัดผม) ...
- ในยาสำหรับการสร้างเอ็นโดโปรตีสของข้อต่อ (สะโพก เข่า กระดูกสันหลัง) ที่นี่ใช้ UHMWPE "เย็บ" เป็นหลัก
- สารประกอบตาม UHMWPE, เม็ด UHMWPE ส่วนประกอบนี้มีไว้สำหรับใช้ในเครื่องจักรเทอร์โมพลาสติกเป็นพอลิเมอร์หลักหรือสารเติมแต่งที่เพิ่มความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการแตกร้าว ความเหนียวแตกหัก ความน่าเชื่อถือที่อุณหภูมิต่ำ และทนต่อสารเคมี เม็ด UHMWPE: แผ่น แผ่น แผ่น แผ่นฟิล์ม ท่อ ปลอกสำหรับผลิตภัณฑ์เคเบิล โปรไฟล์
- ท่อ UHMWPE เหล่านี้คือระบบท่อส่งที่ทนทานต่อการสึกหรอสำหรับการทำงานเฉพาะของวัสดุกัดกร่อนเคลื่อนที่: แร่ธาตุ, ถ่านหิน, อาหารสัตว์, ของเสีย; ท่อส่งของเสีย สารแขวนลอย น้ำพริก ฯลฯ ของกระแสเทคโนโลยีในโรงงาน
- ผ้า UHMWPE ยังใช้สำหรับการผลิตถุงมือที่ทนต่อการบาดเจ็บในการกีฬา ยารักษาโรค และอุตสาหกรรม (ถุงมือกันบาด ถุงมือที่ทนต่อการสึกหรอ)
ข้อดีข้อเสีย
วัสดุมีข้อดีที่สำคัญหลายประการ ข้อดีหลักมีดังนี้:
- ทนต่อการสึกหรอและการเสียดสีทางกลได้ดีเยี่ยม พอลิเมอร์ความหนาแน่นสูงมีความทนทานต่อแรงกระแทกสูง
- ความต้านทานต่อรอยแตก เศษ และการเสียรูปประเภทอื่นๆ
- ความต้านทานต่อความผันผวนของอุณหภูมิเนื่องจากวัสดุได้รับอนุญาตให้ทำงานทั้งที่ตัวบ่งชี้อุณหภูมิที่สูงเกินไปและต่ำสุด
- ทนต่อความชื้นและสารที่มีฤทธิ์รุนแรง (ยกเว้นสารออกซิไดซ์) คุณสมบัตินี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากการไม่มีเอไมด์ เอสเทอร์ หรือกลุ่มไฮดรอกซิลในวัสดุ ซึ่งไวต่อสารที่มีฤทธิ์รุนแรงทางเคมี
- ความต้านทานต่อรังสีดวงอาทิตย์
- คุณสมบัติด้านสุขอนามัยสูง - วัสดุไม่ไวต่อการโจมตีโดยจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค เชื้อราและเชื้อราไม่ก่อตัวขึ้น
- ความเป็นฉนวนไฟฟ้าและความเป็นฉนวนที่ดี
- โพลีเอทิลีน PE-500 สามารถเชื่อมได้ดีเยี่ยม
- ความต้านทานรังสี
โพลิเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงนั้นค่อนข้างใหม่ผลิตโดย 2 บริษัท ในประเทศ (Tomskneftekhim และ Kazanorgsintez) เทคโนโลยีการผลิตมีความซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูง ซึ่งส่งผลต่อต้นทุนของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
วิธีการประมวลผล
โพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงผลิตขึ้นตามมาตรฐาน GOST 16338-85 การผลิตใช้วิธีการสังเคราะห์เอทิลีนภายใต้อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยาเมทัลโลซีน ในปัจจุบันมีวิธีการแปรรูปโพลีเมอร์ที่เป็นที่รู้จักหลายวิธี
การเผาผนึกและการกดร้อน
ด้วยวิธีการเหล่านี้ทำให้ได้โพลีเอทิลีนแผ่นใหญ่และกระบอกสูบขนาดใหญ่ ในกระบวนการของการตัดเฉือนเพิ่มเติมจะได้รับแถบที่ไสและกลไกต่าง ๆ สำหรับอุปกรณ์ เทคโนโลยีการผลิตหมายถึงการกดเย็นของผงโพลีเมอร์ลงในช่องว่างและการเผาผนึกในภายหลังที่อุณหภูมิ +200 องศา จากการอบชุบด้วยความร้อนทำให้ได้ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป - เสาหินแผ่นและบล็อก
การอัดรีดลูกสูบ
กระบวนการผลิตประกอบด้วยการหลอมวัตถุดิบที่อุณหภูมิสูงให้เป็นเนื้อยางที่เป็นเนื้อเดียวกัน จากนั้นใช้หน่วยพิเศษที่มีหัวฉีด, แท่ง, ท่อหรือเทปที่มีความยาวต่างกัน
เจลปั่น
เทคโนโลยีการผลิตประกอบด้วยหลายขั้นตอน: การละลายวัตถุดิบในน้ำมันพาราฟินและบังคับให้มวลที่ได้ผ่านรูบาง ๆ ลงไปในน้ำ เป็นผลให้ได้เส้นด้ายซึ่งจะถูกเผาในอุปกรณ์เตาเผาพร้อมกับดึงเส้นใยและกำจัดสารตัวทำละลายไปพร้อม ๆ กัน เมื่อปั่นด้วยเจลจะได้เส้นใยที่แข็งแรงเป็นพิเศษ
คุณสมบัติ
เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุล UHMWPE เป็นสารเทอร์โมพลาสติกที่มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำ (135-190 ° C) ดังนั้นจึงไม่แนะนำให้ใช้ผลิตภัณฑ์ UHMWPE ที่อุณหภูมิเกิน 80-100 ° C เมื่อให้ความร้อนเหนือจุดหลอมเหลว UHMWPE จะไม่ผ่านเข้าสู่สถานะการไหลหนืด แต่จะเข้าสู่สถานะพลาสติกที่มีความเข้มข้นสูงเท่านั้น พื้นผิวของผลิตภัณฑ์ UHMWPE นั้นเรียบเนียนน่าสัมผัส
UHMWPE มีการดูดซึมน้ำต่ำมากสำหรับสารประกอบโพลีเมอร์อินทรีย์ ในช่วง 0.01-0.05% ซึ่งเกิดจากการไม่มีกลุ่มขั้ว (กลุ่มเอสเทอร์, เอไมด์, ไฮดรอกซิล) ในโมเลกุล UHMWPE ดังนั้นคุณสมบัติของ UHMWPE จึงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อสัมผัสกับน้ำ (สำหรับการเปรียบเทียบใน Kevlar ความแข็งแรงเมื่อเปียกจะลดลง 2 เท่าเนื่องจากการละเมิดพันธะไฮโดรเจนที่อ่อนแอของกลุ่มเอไมด์เมื่อแห้งความแข็งแรงไม่ได้รับการฟื้นฟูอย่างสมบูรณ์ ). UHMWPE ยังทนต่อกรดและด่าง รังสี UV และแกมมา และจุลินทรีย์ส่วนใหญ่
ความถ่วงจำเพาะของ UHMWPE บริสุทธิ์อยู่ที่ประมาณ 0.93–0.94, g / cm³ พร้อมสารเติมแต่ง - 0.95 g / cm³ อัตราส่วนความต้านทานแรงดึงต่อน้ำหนักของ UHMWPE สูงกว่าสารประกอบอะรามิดเช่นเคฟลาร์ 40% เมื่อมีโหลดสถิตระยะยาวที่กระทำต่อความตึงเครียด UHMWPE จะเสียรูปในขณะที่มีความเค้นเชิงกล (คุณสมบัตินี้เรียกว่าการคืบ)
UHMWPE มีโมดูลัสความยืดหยุ่นสูงเพียงพอในการดัด - ประมาณ 1 GPa และความเค้นแรงดึงหรือแรงดัดงอที่ 20-40 MPa (~ 4 kgf / mm²) ดังนั้นจึงด้อยกว่าในความเค้นแตกหักที่ดีที่สุดโลหะผสมสูงต่ำคาร์บอนสูง - เหล็กกล้าที่มีความบริสุทธิ์ 50-100 เท่า และโมดูลัสความยืดหยุ่น - 200 เท่า (เช่น เหล็กกล้าเครื่องมือ 4X5MFS หลังการบำบัดด้วยความร้อนที่อุณหภูมิต่ำหรือออสฟอร์มมีความเค้นแตกหัก σNS≈250 kgf / mm² และจุดคราก σ0,2≈180-230 กก. / ตร.ม.) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความหนาแน่นต่ำ ต่ำกว่าเหล็กกล้า 8-8.5 เท่า และความทนทานต่อการล้าสูง (ความทนทาน) ผลิตภัณฑ์ UHMWPE สามารถแข่งขันในด้านความแข็งแรง/น้ำหนักตายด้วยผลิตภัณฑ์เหล็กโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูงและเหนือกว่า
คุณสมบัติหลักของ UHMWPE ซึ่งกำหนดการใช้งานคือ ความต้านทานการสึกหรอสูงมาก ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ และความเหนียวแตกหักสูง (ความน่าเชื่อถือในอุณหภูมิต่ำ) ดังนั้นในแง่ของความทนทานต่อการสึกหรอ UHMWPE นั้นเหนือกว่าเทฟลอนและแม้แต่เหล็กกล้าคาร์บอนในแง่ของความต้านทานการสึกหรอของ UHMWPE ที่อุณหภูมิการทำงานที่ยอมรับได้และสารกัดกร่อนบางชนิด ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของ UHMWPE (บนเหล็ก) อยู่ที่ประมาณ 0.1 ค่าสัมประสิทธิ์แรงกระแทก - 170 kJ / m2 (มีรอยบาก - สูงถึง 80 kJ / m2) อุณหภูมิในการทำงาน - จากลบ 150 ° C หรือแม้แต่ลบ 260 ° C (ตามแหล่งอื่น - จากลบ 80 ° C) ถึงบวก 80 -90 ° C.
มันคืออะไร?
วัสดุนี้เป็นของพลาสติกโพลีเมอร์เอทิลีนชนิดหนึ่ง คุณสมบัติของมันคือพันธะโมเลกุลเชิงเส้นที่ยืดออกในทิศทางเดียวกัน วงจรดังกล่าวโดดเด่นด้วยการรับรู้และการถ่ายโอนโหลดที่ดีขึ้น
ในลักษณะที่ปรากฏ โพลิเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมีลักษณะคล้ายพลาสติก เป็นของแข็ง ไม่มีกลิ่น และไม่มีสารพิษ วัสดุนี้ผลิตโดยการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาเอทิลีนและเมทัลโลซีนในโรงงานแรงดันต่ำ ในขั้นตอนการผลิตจะมีการเติมสีลงในวัตถุดิบเพื่อให้สีเอทิลีนเป็นโพลีเมอร์
ผู้ผลิตยังผลิตพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเป็นพิเศษ (น้ำหนักโมเลกุลสูงเป็นพิเศษ) โดยมีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 10,000,000 หน่วย (PE-1000). ในแง่ของคุณสมบัติด้านความแข็งแรง มันเหนือกว่าเกรดคาร์บอนและสแตนเลสบางเกรดหลายเท่า
คุณสมบัติและลักษณะของวัสดุ
โพลีเอทิลีนความแข็งแรงสูงมีสายโซ่โมเลกุลยาวซึ่งเกือบจะขนานกัน คุณลักษณะโครงสร้างนี้ให้ตัวบ่งชี้ความแข็งแรงสูง อย่างไรก็ตาม พันธะที่อ่อนแอเกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลบางตัว ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้วัสดุไม่สามารถเรียกว่าทนความร้อนได้ อุณหภูมิในการทำงานสูงถึง + 100 ° C ด้วยตัวบ่งชี้อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเป็น +140 องศา โพลีเมอร์จะหลอมเหลวและกลายเป็นมวลหนืด
พอลิเมอร์ PE-1000 มีลักษณะทางเทคนิคดังต่อไปนี้:
- การดูดซึมน้ำ - 0.01-0.05%;
- ความถ่วงจำเพาะ - 0.93-0.94 g / cm³;
- โมดูลัสดัด - ไม่เกิน 1 GPa;
- ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานประมาณ 0.1;
- ค่าสัมประสิทธิ์แรงกระแทก - 160-170 kJ / m²;
- การยืดตัวดัด - 8-10%;
- ความต้านทานพื้นผิว - 1,014 โอห์ม
แอปพลิเคชั่น
เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของโพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงจึงถูกนำมาใช้ในด้านต่างๆ มักใช้เป็นอะนาล็อกแทนโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เหล็กกล้าอัลลอยสูงและวัสดุอื่นๆ
ในการแพทย์
โพลีเมอร์ที่มีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษถูกนำมาใช้สำหรับการผลิตรากฟันเทียมตั้งแต่ปีพ.ศ. 2505 ปัจจุบันใช้ทำขาเทียมสำหรับข้อต่อสะโพกในการผ่าตัดและรากฟันเทียมทางทันตกรรม วัสดุนี้ใช้ในการสร้างผลิตภัณฑ์เกี่ยวกับศัลยกรรมกระดูกต่างๆ
ในอุตสาหกรรมเคมี อาหาร และเบา
วัสดุนี้ใช้สำหรับการผลิตอุปกรณ์และส่วนประกอบสำหรับการผลิตอาหาร, ภาชนะสำหรับจัดเก็บและขนส่งสารเคมีที่มีฤทธิ์รุนแรง, ขวดสำหรับเครื่องสำอาง, บาร์เรล, ถัง
ในวงการทหาร
เส้นใยโพลีเมอร์ที่แข็งแรงใช้ทำอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคลสำหรับเจ้าหน้าที่รักษาความปลอดภัย โดยเฉพาะเสื้อเกราะกันกระสุนและหมวกกันน็อค เกราะที่ได้จะมีน้ำหนักเบา แต่ในขณะเดียวกันก็สามารถป้องกันบาดแผลจากกระสุนปืนได้อย่างน่าเชื่อถือ และด้วยความช่วยเหลือของพอลิเมอร์นี้อุปกรณ์พิเศษก็หุ้มเกราะ
ในสาขาวิศวกรรมเครื่องกล
โพลีเอทิลีนความแข็งแรงสูงใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่ทำงานในสภาพแวดล้อมไฮดรอลิกหรือน้ำมัน ใช้ในการผลิตตลับลูกปืน บุชชิ่ง บุชชิ่ง เกียร์ - ชิ้นส่วนที่มีการเสียดสีทางกลในระดับสูง ชิ้นส่วนอะไหล่สำหรับการติดตั้งด้วยลมที่มีแรงดันใช้งานเพิ่มขึ้นทำจากโพลีเมอร์สำหรับงานหนัก PE-1000
สินค้าและอุปกรณ์กีฬา
วัสดุที่ใช้ในการผลิตชุดฟันดาบ ชุดปีนเขา สกี สโนว์บอร์ด
สินค้าอุปโภคบริโภคจำนวนมากทำจากโพลีเมอร์ที่มีความแข็งแรงสูง ซึ่งรวมถึงผลิตภัณฑ์สำหรับการปลูกดอกไม้และการตกแต่งห้องน้ำ ของใช้ในครัวเรือน และเครื่องมือทำสวน ใช้สำหรับการผลิตเฟอร์นิเจอร์ ของเล่นเด็ก ห้องน้ำเคลื่อนที่ และอุปกรณ์สำหรับจัดสนามเด็กเล่น
คุณสามารถค้นหาข้อมูลที่เป็นประโยชน์เพิ่มเติมเกี่ยวกับโพลิเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงได้จากวิดีโอ