超高分子量聚乙烯的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用


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超高分子量聚乙烯的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

　　1　引言
　　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(guó)Allied Chemical公司于1957年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，此后德國(guó)Hoechst公司、美國(guó)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(guó)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(shí)條件，產(chǎn)物分子量約150萬(wàn)左右，隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，目前北京助劑二廠的產(chǎn)品分子量可達(dá)100萬(wàn)～300萬(wàn)以上。
　　UHMWPE的發(fā)展十分迅速，80年代以前，世界平均年增長(zhǎng)率為8.5%，進(jìn)入80年代以后，增長(zhǎng)率高達(dá)15%～20%。而我國(guó)的平均年增長(zhǎng)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(wàn)噸，其中美國(guó)占70%。
　　UHMWPE平均分子量約35萬(wàn)～800萬(wàn)，因分子量高而具有其它塑料無(wú)可比擬的優(yōu)異的耐沖擊、耐磨損、自潤(rùn)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(shí)仍具有較高的沖擊強(qiáng)度，甚至可在-269℃下使用。
　　UHMWPE優(yōu)異的物理機(jī)械性能使它廣泛應(yīng)用于機(jī)械、運(yùn)輸、紡織、造紙、礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工及體育運(yùn)動(dòng)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(dá)108Pa*s，流動(dòng)性極差，其熔體指數(shù)幾乎為零，所以很難用一般的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工。近年來(lái)，UHMWPE的加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展，通過(guò)對(duì)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(kāi)發(fā)了一種超高速熔結(jié)加工法〔2〕，采用葉片式混合機(jī)，葉片旋轉(zhuǎn)的最大速度可達(dá)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(jī)、單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)。雙螺桿擠出多采用同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。
　　60年代大都采用柱塞式擠出機(jī)，70年代中期，日、美、西德等先后開(kāi)發(fā)了單