超分子量聚乙烯生产工艺及加工成型

超分子量聚乙烯生产工艺及加工成型学院（系）化工与环境学院专 业：化学工程与技术学生姓名学 号期：2015-11摘要本文探讨了超分子量聚乙烯的一些特点以及制备方法O关键词 聚乙烯，超分子量，制备目录摘要第章 绪论1.1. 研究背景1.2. 超高分子量聚乙烯简介1.3. 超高分子量聚乙烯特点第2章超高分子聚乙烯的制备2. 1. 制备方法第3章结论参考文献第1章绪论11 研究背景超高分子量聚乙烯(U HMW P E )塑料合金具有优异的物理和机械 性能，能替代金属在离心泵和轴承等机械领域中的广泛应用。超高分子量聚 乙烯的分子量对其物理机械性能有着很大影响。超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 是一种性能卓越的工程塑料，同众多的聚合材料相比,具有其它工程塑料所 无法比拟的耐冲击性、耐磨损性、耐化学药品性、耐低温性、耐应力开裂性、 抗粘附能力，优良的电绝缘性、自润滑性及安全卫生等性能，可以代替碳钢、 不锈钢、青铜等材料广泛地应用于体育、纺织、采矿、化工、包装、建筑、 机械、电气、医疗等领域。超高分子量聚乙烯性能卓越、加工困难,是一种 正在迅速崛起的工程性热塑性塑料。由于加工困难，国内外超高分子量聚乙 烯的应用多集中在压制产品上，但是材料学家们从来没有停止过对超高分子 量聚乙烯挤出制品的探讨。超高分子量聚乙烯的卓越性能源自于它具有极高 的分子量，因此对超高分子量聚乙烯改性成功与否的判定在很大程度上取决 于其制品的分子量保留的程度和在低温下的冲击韧性。12超高分子量聚乙烯简介超高分子量聚乙烯纤维有着高取向度，高结晶度，强力、模量高，抗冲击, 耐腐蚀，耐光照,耐挠曲，耐磨损等优点。它的密度比水小,介电性能好。超高 分子量聚乙烯纤维的缺点是使用温度不高，耐氧化性能差,抗蠕变性能差，表 面加工困难。正是超高分子量聚乙烯纤维自身所具有的这些特点，它在抗冲 击防护，低温，耐压，海洋工程，渔业等领域有着广泛地使用。1.3 超高分子量聚乙烯特点1、极高的耐磨特性 超高管的分子量高达200万以上，磨耗指数最小， 使它具有极高的抗滑动摩擦能力。耐磨性高于一般的合金钢6. 6倍，不锈钢 的27. 3倍。是酚醛树脂的17. 9倍，尼龙六的6倍，聚乙烯的4倍，大幅度 提高了管道的使用寿命。2、极高的耐冲击性在现有的工程塑料中超高分子量管道的冲击韧性 值最高，许多材料在严重或反复爆炸的冲击中会裂纹、破损、破碎或表面应 力疲劳。3、耐腐蚀性UHMW-PE是一种饱和分子团结构，故其化学稳定性极高, 本产品可以耐烈性化学物质的侵蚀，除对某些强酸在高温下有轻微腐蚀外, 在其它的碱液、酸液中不受腐蚀。可以在浓度小于80%的浓盐酸中应用，在 浓度小于75%的硫酸、浓度小于20%的硝酸中性能相当稳定。4、良好的自润滑性 由于超高分子量聚乙烯管内含蜡状物质，且自身 润滑很好。摩擦系数（196N, 2小时）仅为0. 219MN/m （GB3960）。自身滑动 性能优于用油润滑的钢或黄铜。特别是在环境恶劣、粉尘、泥沙多的地方, 产品的自身干润滑性能更充分的显示岀来。不但能运动自如，且保护相关工 件不磨损或拉伤。5、独特的耐低温性 超高分子量聚乙烯管道耐低温性能优异，其耐冲 击性、耐磨性在零下269摄氏度时基本不变。是目前唯一可在接近绝对零度 的温度下工作的一种工程塑料。同时，超高分子量聚乙烯管道的适温性宽, 可长期在-269C到80C的温度下工作。6、不易结垢性超高分子量聚乙烯管由于摩擦系数小和无极性，因此 具有很好的表面非附着性,管道光洁度高。现有的材料一般在PH值为9以上 的介质中均结垢，超高分子量聚乙烯管则不结垢，这一特性对火电站用于排 粉煤灰系统有重大意义。在原油、泥浆等输送管道方面也非常适用。7、寿命长 超高分子量聚乙烯分子链中不饱和基因少，抗疲劳强度大于 50万次，耐环境应力开裂性最优，抗环境应力开裂4000h ,是PE100的2 倍以上，埋地使用50年左右，仍可保持70%以上的机械性能。8、安装简便 超高分子量聚乙烯（UHMW-一PE）管道单位管长比重仅 为钢管重量的八分之一，使装卸、运输、安装更为方便，且能减轻工人的劳 动强度，LWV-PE管道抗老化性极强，50年不易老化。不论地上架设，还是 地下埋设均可。安装时无论是焊接或者是法兰连接均可，安全可靠、快捷方 便、无需防腐、省工省力，充分体现岀使用超高分子量聚乙烯管道“节能、 环保、经济、高效”的优越性。9、其他特性 超高分子量聚乙烯管还有吸能、吸噪音、抗静电、对电 子具有屏蔽能力、不吸水、比重轻、容易机械加工、可着色等突出特性。第2章超高分子聚乙烯的制备2.1 制备方法1.采用加工助剂与超声辐照相结合的方法，实现了 UHMWPE在一般单螺 杆挤岀机上的连续挤出成型。加入一定量的聚丙烯(PP),能有效改善单螺杆 挤出机对UHMWPE的加工性能，挤出过程中的超声辐照则有效地降低了熔体 粘度和挤出压力，显着提高了挤出效率。在适当的加工助剂含量和超声辐照 强度下，UHMWPE的力学强度、耐热性能及摩擦磨损性能得到提高。2.研 究了 UHMWPE在挤岀过程中物料输送及熔融塑化机理。FT-IR、DSC、WAXD和 AFM分析表明，在单螺杆挤出机挤出UHMWPE/PP共混物时，与料筒壁接触的 物料表层主要是PP,从而增大了物料一料筒壁间的摩擦系数，实现了单螺 杆挤出机内物料的顺利输送。在熔融塑化过程中，PP首先熔融并在料筒壁 形成熔膜，熔膜流入主动螺腹形成熔体池，对被动螺腹中的UHMWPE固体床 产生大的推压力，使UHMWPE固体床得以压实，解决了通常用一般单螺杆挤 出机挤出UHMWPE时的打滑、料塞和不能压实的问题。在以聚乙烯(PE)改进 UHMWPE加工流动性的情况下，熔融的PE很快渗入到UHMWPE内部，不能有 效地在料筒壁一物料间聚集，也不能形成有效的熔体池，加之UHMWPE低的 摩擦系数和不粘性，在用单螺杆挤出机挤出UHMWPE时就遇到困难。微观结 构分析表明，在UHMWPE/PP共混物中，PP位于UHMWPE晶区间的低晶(非晶) 区域,破坏了 UHMWPE完整的链缠结网络,有效地降低了 UHMWPE链缠结密度， 流动性得以改善。PE不能有效降低UHMWPE的链缠结密度，因而PE对UHMWPE 加工改性效果较差。3.挤出过程中的超声辐照显着降低了 UHWPE/PP共混 物熔体表观粘摘要度和挤出口模压力，提高了挤岀产量。随共混物中PP 含量的减少，共混物熔体的链缠结密度升高，超声辐照的降粘降压效果越明 显。超声辐照使共混物中UHMWPE和PP的结晶度下降，晶粒尺寸变小。在适 当的超声辐照强度下，材料的抗冲击强度、杨氏模量及耐磨性能得到提高。4.以PP为主的加工改性剂能显着提高UHMWPE的摩擦磨损性能。在同样的条 件下，UHMWPE的摩擦系数和磨损速率都比UHWE/PP共混物高。随负荷的 增加和磨损时间的延长，在UHMWPE磨损表面出现大量的裂纹，呈现明显的 疲劳磨损特征。在较高的滑动速度下(400rpm), UHWE发生因表面熔融而 导致快速的磨损。而UHMWPE/PP共混物在高的负荷、长的磨损时间及高的滑 动速度下，在磨损表面无明显的疲劳破坏和熔融现象发生。通过原子力显微 镜(AFM)观察研究表明，在不同的作用力范围和滑行速度下，UffiWPE的表面 层分子与Si3N4探针间的摩擦力均较UHMWPE用P共混物高，与宏观的摩擦 性能相一致。5.采用 SEM、FT 一 IR、DSC、AFM、XPS 和场伙 XD 研究了 UHMWPE 和uHMwPE/PP的摩擦磨损机理。与uHMwPE对磨时，在钢环表面形成了 UHMWPE 转移膜，与UHMWPE/PP对磨的钢环表面无转移膜，而有很细的圆柱状磨屑产 生。长的磨损时间导致UHMWPE疲劳破坏，产生大量的磨屑，而随磨损时间 的延长，UHMWPE/PP表面的磨屑并无明显的增加。由于钢环滑动对表面层 分子所产生的剪切、拉伸及退火作用，在UHWPE/PP的磨损表面形成了串晶, 而UHMWPE磨损表面的晶区较小，晶区间的粘接力也较弱。UHWE/PP共混 物在磨损初期所产生的少量圆柱状磨屑分布于摩擦界面，起到了有效地将滑 动摩擦转化为滚动摩擦的作用，因而摩擦系数和磨损速率显着降低，耐磨性 能明显提高。第3章结论超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种性能卓越的工程塑料，同众多的聚合 材料相比，具有其它工程塑料所无法比拟的耐冲击性、耐磨损性、耐化学药 品性、耐低温性、耐应力开裂性、抗粘附能力，优良的电绝缘性、自润滑性 及安全卫生等性能，可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料广泛地应用于体育、 纺织、采矿、化工、包装、建筑、机械、电气、医疗等领域。参考文献1 刘英，刘萍，陈成泗，严为群，王德禧.超高分子量聚乙烯的特 性及应用进展J国外塑料,2005, 11:36-40.2 李艳芹，朱博超，黄安平，张华强，贾军纪，高杜娟，高琳，韦少 义.超高分子量聚乙烯研究进展及应用领域J广州化 工,2011, 02:19-21 3 何振强，薛平，何继敏，贾明印.超高分子量聚乙烯成型加工 技术最新进展J塑料科技,2011, 06:92-994 赵刚，赵莉，谢雄军.超高分子量聚乙烯纤维的技术与市场发 展J纤维复合材料,2011,01:50-565 叶素娟，黄承亚，禹权.超高分子量聚乙烯的成型工艺及改性 研究进展J合成材料老化与应用，2006, 02:43-496 黄安平，朱博超，贾军纪，李艳芹.超高分子量聚乙烯的研发 及应用高分子通报,2012,04:127-132.7 洪剑寒.超高分子量聚乙烯/聚苯胺导电纤维制备及性能研 究D 苏州大学,2014.8 吴新锋.超高分子量聚乙烯耐磨性和导热性能的研究D.上 海交通大学,2013.9 魏寒.超高分子量聚乙烯在丫射线作用下的预辐照接枝改性D.东华大学，2013.10 朱灵玲.超高分子量聚乙烯微孔膜的制备与研究D东华 大学,2013.11 刘晓晓.碳纳米管/超高分子量聚乙烯纤维的表面改性及性 能研究D.浙江理工大学，2013.12 杨晓娟.超高分子量聚乙烯电池膜成型研究D北京化工 大学,2012.13 孙亚平.超高分子量聚乙烯短纤维填充天然橡胶复合材料 的界面特性研究D.北京化工大学,2012.14 任意.超高分子量聚乙烯纤维性能及应用概述J广州化 工，2010, 08:87-8815 张艳.超高分子量聚乙烯纤维在防弹和防刺材料方面的应 用J产业用纺织品,2010, 10:32-39+49.16 何春霞.超高分子量聚乙烯及其纳米Al_20_3填充复合材料 摩擦磨损性能研究J摩擦学学报,2002, 01:32-35.17 郝绘坤.超高分子量聚乙烯耐高温改性研究D 武汉工程 大学,2014.