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超高分子量聚乙烯的開發(fā)和應(yīng)用
（作者未知） 2009/5/10
UHMWPE是一種線型結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異綜合性能的熱塑性工程塑料。世界上最早由美國Allied Chemical公司于1957年實現(xiàn)工業(yè)化，此后德國Hoechst公司、美國Hercules公司、日本三井石油化學(xué)公司等也投入工業(yè)化生產(chǎn)。我國上海高橋化工廠于1964年最早研制成功并投入工業(yè)生產(chǎn)，70年代后期又有廣州塑料廠和北京助劑二廠投入生產(chǎn)。限于當(dāng)時條件，產(chǎn)物分子量約150萬左右，隨著工藝技術(shù)的進步，目前北京助劑二廠的產(chǎn)品分子量可達100萬～300萬以上。
UHMWPE的發(fā)展十分迅速，80年代以前，世界平均年增長率為8.5%，進入80年代以后，增長率高達15%～20%。而我國的平均年增長率在30%以上。1978年世界消耗量為12，000～12，500噸，而到1990年世界需求量約5萬噸，其中美國占70%。
UHMWPE平均分子量約35萬～800萬，因分子量高而具有其它塑料無可比擬的優(yōu)異的耐沖擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學(xué)腐蝕等性能。而且，UHMWPE耐低溫性能優(yōu)異，在-40℃時仍具有較高的沖擊強度，甚至可在-269℃下使用。
UHMWPE優(yōu)異的物理機械性能使它廣泛應(yīng)用于機械、運輸、紡織、造紙、礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工及體育運動器械等領(lǐng)域，其中以大型包裝容器和管道的應(yīng)用最為廣泛。另外，由于UHMWPE優(yōu)異的生理惰性，已作為心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關(guān)節(jié)等在臨床醫(yī)學(xué)上使用。
2 UHMWPE的成型加工
由于UHMWPE熔融狀態(tài)的粘度高達108Pa*s，流動性極差，其熔體指數(shù)幾乎為零，所以很難用一般的機械加工方法進行加工。近年來，UHMWPE的加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展，通過對普通加工設(shè)備的改造，已使UHMWPE由最初的壓制-燒結(jié)成型發(fā)展為擠出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。
2.1 一般加工技術(shù)
(1)壓制燒結(jié)
壓制燒結(jié)是UHMWPE最原始的加工方法。此法生產(chǎn)效率頗低，易發(fā)生氧化和降解。為了提高生產(chǎn)效率，可采用直接電加熱法〔1〕；另外，Werner和Pfleiderer公司開發(fā)了一種超高速熔結(jié)加工法〔2〕，采用葉片式混合機，葉片旋轉(zhuǎn)的最大速度可達150m/s，使物料僅在幾秒內(nèi)就可升至加工溫度。
(2)擠出成型
擠出成型設(shè)備主要有柱塞擠出機、單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機。雙螺桿擠出多采用同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。
60年代大都采用柱塞式擠出機，70年代中期，日、美、西德等先后開發(fā)了單螺桿擠出工藝。日本三井石油化學(xué)公司最早于1974年取得了圓棒擠出技術(shù)的成功。北京化工大學(xué)于1994年底研制出Φ45型UHMWPE專用單螺桿擠出機，并于1997年取得了Φ65型單螺桿擠出管材工業(yè)化生產(chǎn)線的成功。
(3)注塑成型
日本三井石油化工公司于1974年開發(fā)了注塑成型工藝，并于1976年實現(xiàn)了商業(yè)化，之后又開發(fā)了往復(fù)式螺桿注塑成型技術(shù)。1985年美國Hoechst公司也實現(xiàn)了UHMWPE的螺桿注塑成型工藝。北京塑料研究所1983年對國產(chǎn)XS-ZY-125A型注射機進行了改造，成功地注射出啤酒罐裝生產(chǎn)線用UHMWPE托輪、水泵用軸套，1985年又成功地注射出醫(yī)用人工關(guān)節(jié)等。
(4)吹塑成型
UHMWPE加工時，當(dāng)物料從口模擠出后，因彈性恢復(fù)而產(chǎn)生一定的回縮，并且?guī)缀醪话l(fā)生下垂現(xiàn)象，故為中空容器，特別是大型容器，如油箱、大桶的吹塑創(chuàng)造了有利的條件。UHMWPE吹塑成型還可導(dǎo)致縱橫方向強度均衡的高性能薄膜，從而解決了HDPE薄膜長期以來存在的縱橫方向強度不一致，容易造成縱向破壞的問題。
2.2 特殊加工技術(shù)
2.2.1 凍膠紡絲
以凍膠紡絲—超拉伸技術(shù)制備高強度、高模量聚乙烯纖維是70年代末出現(xiàn)的一種新穎紡絲方法。荷蘭DSM公司最早于1979年申請專利，隨后美國Allied公司、日本與荷蘭聯(lián)合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。中國紡織大學(xué)化纖所從1985年開始該項目的研究，逐步形成了自己的技術(shù)，制得了高性能的UHM大型容器，如油箱、大桶的吹塑創(chuàng)造了有利的條件。UHMWPE吹塑成型還可導(dǎo)致縱橫方向強度均衡的高性能薄膜，從而解決了HDPE薄膜長期以來存在的縱橫方向強度不一致，容易造成縱向破壞的問題。
2.2 特殊加工技術(shù)
2.2.1 凍膠紡絲
以凍膠紡絲—超拉伸技術(shù)制備高強度、高模量聚乙烯纖維是70年代末出現(xiàn)的一種新穎紡絲方法。荷蘭DSM公司最早于1979年申請專利，隨后美國Allied公司、日本與荷蘭聯(lián)合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。中國紡織（未完，下一頁）
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