超高分子量聚乙烯的性能及應(yīng)用*

（山東協(xié)和學(xué)院 山東濟(jì)南 250107）

隨著高科技技術(shù)的發(fā)展，工程材料領(lǐng)域的研究發(fā)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(yōu)異的性能，因此在許多的領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用，例如：煤礦產(chǎn)業(yè)、航天、航海和防御裝備、醫(yī)學(xué)、體育等等方面。在礦山機(jī)械中的許多部件如礦用滾輪、電機(jī)車(chē)軸瓦、選煤機(jī)械等等都會(huì)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(jià)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(yōu)秀，在所有塑料中是耐磨損性能最好的，排第一位。這是因?yàn)槠淠湍p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(dá)150～1000萬(wàn)，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(xiàn)有塑料之首。[1]

2.力學(xué)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(xué)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(xiàn)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(guān)，但是并不隨著分子量規(guī)則變化，當(dāng)分子量在175萬(wàn)之前，耐沖擊性能與分子量成正比變化；在175萬(wàn)之后，成反比變化；在175萬(wàn)這個(gè)點(diǎn)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(qiáng)度，是其主要的結(jié)構(gòu)特征，其拉伸強(qiáng)度值高達(dá) 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(duì)較差，洛氏硬度值是40左右。

3.耐化學(xué)腐蝕性能

超高分子量聚乙烯具有較好的耐化學(xué)腐蝕性，在酸溶液、堿溶液以及鹽溶液這些具有化學(xué)腐蝕性的溶液中，通常都是沒(méi)有化學(xué)變化，也幾乎沒(méi)有任何物理變化的。實(shí)驗(yàn)表明，即使超高分子量聚乙烯在八十種有機(jī)溶劑中浸泡一個(gè)月也幾乎是毫無(wú)變化的。由此可見(jiàn)，超高分子量聚乙烯的耐化學(xué)腐蝕性能是非常好的。

4.自潤(rùn)滑性能

一般情況下，一種材料的自潤(rùn)滑性能是否優(yōu)異主要是通過(guò)材料的的摩擦系數(shù)來(lái)判斷。超高分子量聚乙烯材料的摩擦因數(shù)是0.05到0.11，所以可見(jiàn)其自潤(rùn)滑性能還是非常理想的。[2]

5.衛(wèi)生無(wú)毒

超高分子量聚乙烯材料是衛(wèi)生無(wú)毒的，是經(jīng)過(guò)多家的具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)生協(xié)會(huì)和食品及藥物行政管理機(jī)構(gòu)認(rèn)可的。

6.吸水率

超高分子量聚乙烯的吸水率在現(xiàn)有的塑料中是最低的，通常情況下都小于百分之0.01，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它塑料的吸水率，這也就減少了在成型加工時(shí)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(xiàn)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(shí)驗(yàn)表明，在低于冰點(diǎn)的環(huán)境下，仍然具有良好的耐沖擊性能。并且在冰點(diǎn)下的環(huán)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(yīng)用

1.鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)托繩輪襯

鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)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(duì)鋼絲繩磨損小，所以鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)托繩輪襯多使用尼龍輪襯。但是，尼龍輪襯的價(jià)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(jī)托繩輪襯如果采用超高分子量聚乙烯制作，則價(jià)格便宜、耐磨性好、壽命長(zhǎng)、耐低溫性好，所以能夠較好應(yīng)用于鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)托繩輪襯中去。

2.礦用地滾

過(guò)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(yīng)力大，生產(chǎn)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(shí)常造成卡死不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活而加劇鋼絲繩的磨損。使用超高分子量聚乙烯生產(chǎn)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(xué)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(zhǎng)。使用超高分子量聚乙烯生產(chǎn)出的高分子材料的礦用地滾能更好的保護(hù)鋼絲繩不被磨損，在提升安全性能的同時(shí)，也增加了一次投放長(zhǎng)久受益的好處。

3.電機(jī)車(chē)軸瓦

傳統(tǒng)的電機(jī)車(chē)軸瓦多為銅質(zhì)材料，其成本高、耐磨性差、摩擦阻力大、對(duì)軸的磨損嚴(yán)重。采用超高分子量聚乙烯制作電機(jī)車(chē)軸瓦價(jià)格便宜，僅為銅的1/6左右，并且因?yàn)樽詽?rùn)滑摩擦因數(shù)小、壽命長(zhǎng)而得到廣泛的應(yīng)用。

4.選煤機(jī)械

（1）使用超高分子量聚乙烯制作的撈坑斗子機(jī)的斗子滾輪，因?yàn)槠淠Σ烈驍?shù)小，防腐蝕性能好，因此使用壽命更長(zhǎng)；

（2）使用超高分子量聚乙烯制作的撈坑斗子機(jī)的尾軸軸套，價(jià)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(jī)葉輪，壽命更長(zhǎng)、價(jià)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(jié)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(dòng)沖擊；再次因摩擦因數(shù)小，對(duì)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(yōu)點(diǎn)，如：高耐磨性、小摩擦系數(shù)、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(jī)濾板、噴漿機(jī)摩擦片等工具，一方面可以延長(zhǎng)使用壽命，另一方面還可以提高了工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。