超高分子量聚乙烯的性能及應用

郝繪坤　張彥波

摘 要：超高分子量聚乙烯，簡稱UHMWPE，是一種線型結構的熱塑性工程塑料，超高分子量聚乙烯具有優異的綜合性能。本文簡述了超高分子量聚乙烯的性能和優越性，以及超高分子量聚乙烯的應用。

關鍵詞：超高分子 性能 應用

隨著高科技技術的發展，工程材料領域的研究發展也是日新月異，超高分子量聚乙烯便是其成果之一。由于超高分子量聚乙烯擁有眾多的優異的性能，因此在許多的領域都有很好的應用，例如：煤礦產業、航天、航海和防御裝備、醫學、體育等等方面。在礦山機械中的許多部件如礦用滾輪、電機車軸瓦、選煤機械等等都會用到超高分子量聚乙烯這種新型的材料。因此，具有較好的推廣使用價值。

一、超高分子量聚乙烯的性能

1.耐磨損性能

超高分子量聚乙烯的耐磨損性能非常優秀，在所有塑料中是耐磨損性能最好的，排第一位。這是因為其耐磨損性能與超高分子量聚乙烯中的分子量的高低是成正比的，因此，超高分子量聚乙烯中的分子量越高，超高分子量聚乙烯耐磨損性能越好。一般情況下，超高分子量聚乙烯的分子量高達150～1000萬，所以超高分子量聚乙烯的耐磨損性能是非常卓越的，居于現有塑料之首。[1]

2.力學性能

（1）耐沖擊性能和吸收沖擊性能：超高分子量聚乙烯在力學性能中最重要的特性就是耐沖擊性能，耐沖擊性能是目前現有的塑料材料中最好的一種。超高分子量聚乙烯的耐沖擊性能與超高分子量聚乙烯的分子量有關，但是并不隨著分子量規則變化，當分子量在175萬之前，耐沖擊性能與分子量成正比變化；在175萬之后，成反比變化；在175萬這個點的超高分子量聚乙烯的耐沖擊性能最好。

此外，超高分子量聚乙烯硬度低、彈性模量小并且是塑料粘彈性體，所以具有較大的吸收沖擊性能，一般都大于150千焦每平方米。

（2）拉伸性能：超高分子量聚乙烯具有超拉伸強度，是其主要的結構特征， 其拉伸強度值高達 29MPa。

（3）硬度：由于超高分子量聚乙烯的密度比其它塑料都低，所以由超高分子量聚乙烯制造的工藝制品都比較輕便，硬度也就相對較差，洛氏硬度值是40左右。

3.耐化學腐蝕性能

超高分子量聚乙烯具有較好的耐化學腐蝕性，在酸溶液、堿溶液以及鹽溶液這些具有化學腐蝕性的溶液中，通常都是沒有化學變化，也幾乎沒有任何物理變化的。實驗表明，即使超高分子量聚乙烯在八十種有機溶劑中浸泡一個月也幾乎是毫無變化的。由此可見，超高分子量聚乙烯的耐化學腐蝕性能是非常好的。

4.自潤滑性能

一般情況下，一種材料的自潤滑性能是否優異主要是通過材料的的摩擦系數來判斷。超高分子量聚乙烯材料的摩擦因數是0.05到0.11，所以可見其自潤滑性能還是非常理想的。[2]

5.衛生無毒

超高分子量聚乙烯材料是衛生無毒的，是經過多家的具有國際標準的衛生協會和食品及藥物行政管理機構認可的。

6.吸水率

超高分子量聚乙烯的吸水率在現有的塑料中是最低的，通常情況下都小于百分之0.01，遠遠小于其它塑料的吸水率，這也就減少了在成型加工時干燥處理的步驟。

7.不粘性

超高分子量聚乙烯由于其吸附能力較差，所以不粘性還是比較好的。不粘性能在目前現有的材料中僅次于不粘性材料PTFE。

8.耐低溫性能

超高分子量聚乙烯的耐低溫性能是非常卓越的，實驗表明，在低于冰點的環境下，仍然具有良好的耐沖擊性能。并且在冰點下的環境中，零下269攝氏度的情況下，耐沖擊性能是最好的。[2]

二、超高分子量聚乙烯的應用

1.鋼絲繩牽引帶式輸送機托繩輪襯

鋼絲繩牽引帶式輸送機托繩輪襯多采用尼龍制作，但是尼龍雖然較為耐磨且硬度低，對鋼絲繩磨損小，所以鋼絲繩牽引帶式輸送機托繩輪襯多使用尼龍輪襯。但是，尼龍輪襯的價格由于原料的原因，貴且使用壽命短，在干燥的冬季容易斷裂。鋼絲繩牽引帶式輸送機托繩輪襯如果采用超高分子量聚乙烯制作，則價格便宜、耐磨性好、壽命長、耐低溫性好，所以能夠較好應用于鋼絲繩牽引帶式輸送機托繩輪襯中去。

2.礦用地滾

過去的地滾一般為鑄鋼或鑄鐵制作，由于鑄鋼硬度大、彈性模量高與鋼絲繩接觸應力大，生產高分子板，致使鋼絲繩磨損快，此外地滾中的軸承因工作條件惡劣時常造成卡死不轉或轉動不靈活而加劇鋼絲繩的磨損。使用超高分子量聚乙烯生產出的高分子材料的礦用地滾，具有高耐磨性能，卓越的耐化學腐蝕性能，較好的防靜電性能等特性，并且這種高分子材料的礦用地滾使用的壽命也更加的長。使用超高分子量聚乙烯生產出的高分子材料的礦用地滾能更好的保護鋼絲繩不被磨損，在提升安全性能的同時，也增加了一次投放長久受益的好處。

3.電機車軸瓦

傳統的電機車軸瓦多為銅質材料，其成本高、耐磨性差、摩擦阻力大、對軸的磨損嚴重。采用超高分子量聚乙烯制作電機車軸瓦價格便宜，僅為銅的1/6左右，并且因為自潤滑摩擦因數小、壽命長而得到廣泛的應用。

4.選煤機械

（1）使用超高分子量聚乙烯制作的撈坑斗子機的斗子滾輪，因為其摩擦因數小，防腐蝕性能好，因此使用壽命更長；

（2）使用超高分子量聚乙烯制作的撈坑斗子機的尾軸軸套，價格便宜、摩擦小、抗腐蝕、壽命更久；

（3）使用超高分子量聚乙烯制作的浮選機葉輪，壽命更長、價格更加便宜，抗不腐蝕。

5.鋼軌罐道

在鋼軌罐道中使用超高分子量聚乙烯材料，首先可以節約一定的成本，其次由于其具有吸收沖擊性能可以減少振動沖擊；再次因摩擦因數小，對罐道的磨損也較小。

6.煤礦的其他方面

超高分子量聚乙烯具有眾多的優點，如：高耐磨性、小摩擦系數、較好的耐沖擊性能、成本低以及工藝性能較好等特性。如果用超高分子量聚乙烯材料制成煤礦中的軸瓦、軸套、軸承、壓濾機濾板、噴漿機摩擦片等工具，一方面可以延長使用壽命，另一方面還可以提高了工作效率和經濟效益。

參考文獻

[1]何繼敏，薛平，何亞東.超高分子量聚乙烯性能及應用[J].工程塑料應用，1996（5）.

[2]劉英，劉萍，陳成泗等.超高分子量聚乙烯的特性及應用進展[J].國外塑料，2005（11）.