性能
UHMWPE極高的分子量(HDPE的分子量通常只有2~30萬)賦予其優(yōu)異的使用性能,而且屬于價格適中、性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料,它幾乎集中了各種塑料的優(yōu)點,具有普通聚乙烯和其它工程塑料無可比擬的耐磨、耐沖擊、自潤滑、耐腐蝕、吸收沖擊能、耐低溫、衛(wèi)生無毒、不易粘附、不易吸水、密度較小等綜合性能。事實上,目前還沒有一種單的高分子材料兼有如此眾多的優(yōu)異性能。
耐磨性
UHMWPE的耐磨性居塑料之冠,并超過某些金屬,圖1為UHMWPE與其它材料耐磨性比較。從圖1可以看出,與其它工程塑料相比,UHMWPE的沙漿磨耗指數(shù)僅是PA66的1/5,HEPE和PVC的1/10;與金屬相比,是碳鋼的1/7,黃銅的1/27。這樣高的耐磨性,以致于用一般塑料磨耗實驗法難以測試其耐磨程度,因而專門設計了一種沙漿磨耗測試裝置。UHMWPE耐磨性與分子量成正比,分子量越高,其耐磨性越好。
耐沖擊性
UHMWPE的沖擊強度,在所有工程塑料中名列,圖2為UHMWPE與其他工程塑料沖擊強度比較,從圖2中可以看出,UHMWPE的沖擊強度約為耐沖擊PC的2倍,ABS的5倍,POM和PBTP的10余倍。耐沖擊性如此之高,以致于采用通常沖擊試驗方法難以使其斷裂破壞。其沖擊強度隨分子量的增大而提高,在分子量為150萬時達到較大值,然后隨分子量的繼續(xù)升高而逐漸下降。指出的是,它在液氮中(-195℃)也能保持優(yōu)異的沖擊強度,這一特性是其它塑料所沒有的。此外,它在反復沖擊表面硬度更高。
自潤滑性
UHMWPE有極低的摩擦因數(shù)(0.05~0.11),故自潤滑性優(yōu)異。表1為UHMWPE與其他工程塑料摩擦因數(shù)比較。從表1可以看出,UHMWPE的動摩擦因數(shù)在水潤滑條件下是PA66和POM的1/2,在無潤滑條件下僅次于塑料中自潤滑性較好的聚四氟乙烯(PTFE);當它以滑動或轉動形式工作時,比鋼和黃銅加潤滑油后的潤滑性還要好。因此,在摩擦學領域UHMWPE被譽為成本/性能非常理想的摩擦材料。
名稱 | 摩擦系數(shù) | | |
自潤滑 | 水潤滑 | 油潤滑 | |
UHMWPE | 0.10~0.22 | 0.05~0.10 | 0.05~0.08 |
PTFE | 0.04~0.25 | 0.04~0.08 | 0.04~0.05 |
PA66 | 0.15~0.40 | 0.14~0.19 | 0.06~0.11 |
POM | 0.15~0.35 | 0.10~0.20 | 0.05~0.10 |
表1 UHMWPE與其它工程塑料摩擦因數(shù)比較
耐化學藥品性
UHMWPE具有優(yōu)良的耐化學藥品性,除強氧化性酸液外,在一定溫度和濃度范圍內能耐各種腐蝕性介質(酸、堿、鹽)及有機介質(荼溶劑除外)。
其在20℃和80℃的80種有機溶劑中浸漬30d,外表無任何反常現(xiàn)象,其它物理性能也幾乎沒有變化。
沖擊能吸收性
UHMWPE具有優(yōu)異的沖擊能吸收性,沖擊能吸收值在所有塑料中較高,因而噪聲阻尼性能很好,具有優(yōu)良的削音效果。
耐低溫性
UHMWPE具有優(yōu)異的耐低溫性,在液氦溫度(-269℃)下仍具有延展性,因而能夠用作核工業(yè)的耐低溫部件。
衛(wèi)生無毒性
UHMWPE衛(wèi)生無毒,完全符合日本衛(wèi)生協(xié)會的標準,并得到美國食品及藥物行政管理局和美國農業(yè)部的認可,可用于接觸食品和藥物。
不粘性
UHMWPE表面吸附能力非常微弱,其抗粘符能力僅次于塑料中不粘性較好的PTFE,因而制品表面與其它材料不易粘符。
吸水性小
UHMWPE吸水率很低;一般小于0.01%,僅為PA66的1%,因而在成型加工前一般不必干燥處理。
密度
表2為UHMWPE與其它工程塑料密度比較。由表2可知,UHMWPE的密度比其它所有工程塑料都低,一般比PTFE低56%,比POM低33%,比PBTP低30%,因此其制品非常輕便。
名稱 | 相對密度 | UHMWPE密度比其低/% |
PTFE | 2012 | 56 |
POM | 1.41 | 33 |
PBTP | 1.31 | 30 |
PC | 1.20 | 22 |
PA | 1.02—1.14 | 8—18 |
UHMWPE | 0.94 | |
表2 UHMWPE 與其它工程塑料密度比較
拉伸強度
由于UHMWPE具有朝拉伸取向必備的結構特征,所以有無可匹敵的超高拉伸強度,因此可通過凝膠紡絲法制得超高彈性模量和強度的纖維,其拉伸強度高達3~3.5GPa,拉伸彈性模量高達100~125GPa;纖維比強度是迄今已商品化的所有纖維中較高的,比碳纖維大4倍,比鋼絲大10倍,比芳綸纖維大50%。
其他性能
UHMWPE還具有優(yōu)良的電氣絕緣性能,比HDPE更優(yōu)良的耐環(huán)境應力開裂性,比HDPE更好的耐疲勞性及耐r-射線能力。
應用
目前UHMWPE已在紡織、造紙、包裝、運輸、進寫、化工、采礦、石油、建筑、電氣、食品、醫(yī)療、體育等領域得到廣泛的應用,并開始進入常規(guī)兵器、船舶、汽車等領域。今后還將擴大到宇航和原子能等領域。