超高分子量聚乙烯的合成及应用成型研究
超高分子量聚乙烯（UHMWPE），是乙烯的线性均聚物，与高密度聚乙烯（HDPE）的结构类似，但平均链长为标准等级HDPE的10~100倍，其分子量一般都在300万以上。它最早由Karl Ziegler合成，具有优良的抗张强度、耐冲击、耐滑移、耐磨、耐化学腐蚀以及自润滑等性能，通过了美国FDA和USDA的认证，广泛应用于化工、机械、食品、医疗、军工、纺织、采矿等行业。
1 聚合工艺
乙烯的聚合主要受聚合温度、压力、催化剂组成及用量、外给电子体和氢气的影响，有高压聚合、气相聚合、淤浆聚合与溶液聚合这几种工艺，然而能用于UHMWPE聚合的却只有淤浆聚合与气相聚合。
1.1 淤浆工艺
淤浆工艺主要包括搅拌釜工艺与环管工艺。搅拌釜工艺包括Hostalen工艺和CX工艺，目前大约2/3的UHMWPE聚合采用Hostalen的连续搅拌釜工艺。此工艺最早是由德国Hoechst公司（现Basell公司）为高密度聚乙烯（HDPE）所开发，典型的工艺流程见图1，它使用双釜反应器，可通过串联或并联生产出单峰或者双峰的HDPE产品。而UHMWPE和HDPE淤浆工艺最主要的差别还是在工艺条件的优化、助催化剂/三价钛的配比上。此外，由于UHMWPE产物为粉末状，UHMWPE不需要造粒工序。Sudhakar P通过优化工艺条件而用传统Ziegler-Natta合成了分子量在400万~600万之间的UHMWPE。
上海化工研究院在1996年开发出以氯化镁、四氯化钛、钛酸酯类或苯甲酸酯为催化体系的单釜聚合工艺，经聚合、过滤、汽提、干燥后分子量达500万，产品性能与Hostalen工艺产品相似，填补了国内空白。
1.一号反应器；
2.二号反应器；
3.后反应器；
4.离心分离器；
5.流化床干燥器；
6.粉末处理器；
7.膜回收系统；
8.溶剂精制与单体回收系统；
9.挤压造粒
图1 典型Hostalen工艺流程
环管工艺主要有Phillips公司的Phillips单环管工艺和Ineos公司的InnoveneS双环管工艺。Phililips公司利用改性后的二氧化硅或氧化铝固定的Ti、Zr、Hf来生产UHMWPE，聚合中不需加入氢气，投资少，但对催化剂的要求较高。
在UHMWPE淤浆聚合过程中，控制反应热是聚合成败的关键。通过调节乙烯在溶剂中的浓度和催化剂的加入量可以达到控制反应热的效果，如果反应中的热量不能及时移出，将会造成催化剂失活。另外，控制反应器中铝的加入量，对增加分子量也具有显著的效果。
1.2 气相工艺
气相工艺的应用较少。自美国UCC联碳化学发明低压气相流化床反应器以来，气相工艺广泛地应用于高密度聚乙烯的合成，然而，由于催化剂开发以及流化床操作中的热点和堵塞问题，操作不容易控制。
2 催化剂研究
催化剂是聚合技术的核心，对聚合产物平均分子量、分子量分布、堆密度、结晶度以及颗粒的大小和形态都有着重要影响。经过半个多世纪的发展，催化剂的性能和制备技术都得到了迅速地发展。目前主要的UHMWPE催化剂包含以下几种。
2.1 Ziegler-Natta催化剂
Ziegler-Natta催化剂具有制备简单、对杂质敏感性低的优点，是目前工业制备UHMWPE 应用最多的催化剂。其发展历程经历了单一的TiCl3催化剂、络合型催化剂、载体型催化剂，到最新的加入各类给电子体的催化剂，活性不断得到提高，具体见表1。
而对于Ziegler-Natta的催化反应机理，虽然经过了大量的研究，但有些部分还并不完全清楚，一般认为经历了钛与烷基铝的结合、乙烯插入烷基和钛键之间的增长、链转移引起的终止等3个步骤，具体如图2所示。
图2 Ziegler-Natta聚合反应机理
然而，由于催化活性不高、产品堆密度低等问题，目前对Ziegler-Natta催化剂的研究主要集中在氯化镁载体结构的改进和给电子体的优选上。
Zhang H.X研究了MgCl2/TiCl4催化体系中内、外给电子体对分子量和分子量分布的
影响，认为内给电子体可以增加聚合物的分子量，但分布变宽。外给电子体对分子量和分子量分布的影响却较少。
同时，他们也研究了反应温度和压力对分子量和分子量分布的影响。当温度在40℃时，催化剂的活性最高；升高温度，分子量降低，分布变宽；升高压力，分子量增加，分布变窄。
2.2 茂金属催化剂
茂金属催化剂是指由过渡金属（如锆、钛、铪等）与环戊二烯（Cp）相连而形成的有机金属配位催化剂，由于具有理想的单活性中心，可以合成比Ziegler-Natta催化剂分子量分布更均匀的UHMWPE，是UHMWPE研究的热点。但由于合成比较复杂，且聚合反应需要较低的温度和较高的压力，在工业上的应用还是有限。
泰科纳公司在专利CN101356199A[24]中报道了一种采用新型的Zr桥联茂金属催化剂制备UHMWPE的方法，在70℃、1MPa压力下分子量可达2.7×106。巴塞尔公司在专利
CN102712714A中披露了采用2种不同金属茂类型催化剂（Hf与Cr）合成UHMWPE的方法。
日本旭化成2003年声称成功采用茂金属催化剂开发出1000万以上分子量的UHMWPE。
Robert研究发现，用Hf化合物制备的产物具有比Ti、Zr化合物更高的分子量，如用
双（乙基环戊二烯）氯化二铪均相聚合，可以合成3.6×106的UHMWPE。同时发现，采用载体的茂金属非均相催化剂比无载体的均相催化剂在相同的条件下制得的分子量也要高。
Kirti采用双
（五甲基环戊二烯）钐(Ⅱ)·双四氢呋喃为催化剂均相聚合得到了200万左右的UHMWPE，分子量分布在2~3之间。太窄的分子量分布将会对UHMWPE的加工造成影响。
2.3 其它催化剂
其它催化剂包含非茂金属催化剂、新一代催化剂（F-I）等。非茂金属催化剂中的金属元素主要是第Ⅷ族中的金属，目前研究较多的为Fe、Co、Ni、Pd等。新一代催化剂为含苯氧基的亚胺催化剂。
Robert研究了N-(3,5-二碘亚水杨基)环庚基胺·二氯化钛为催化剂的反应，重均分子量高达1000万以上，且不受共聚单体的影响。
3 成型加工
3.1 成型特性
作为热塑性工程塑料的超高分子量聚乙烯在固态时具有优良的综合性能,但其熔体特性和普通聚乙烯等一般热塑性塑料截然不同,给加工带来了困难,主要表现在以下4个方面。
(1)物料熔融时粘度极高,不成粘流态,而是处于高弹态。超高分子量聚乙烯加工时的熔融粘度达到108Pa.s,流动性极差,其熔体流动指数几乎为零, 很难直接进行挤出或注射成型。
(2)临界剪切速度低,熔体易破裂。超高分子量聚乙烯在剪切速率很低(0.01 /s)时就可能产生熔体破裂现象;而普通HDPE则在100 /s时才出现熔体破裂现象。因此,在超高分子量聚乙烯进行挤出成型时,挤出速度不能太快,否则会造成熔体破裂,表面出现裂纹。在进行注射成型时, 由于出现喷射流状态时而引起气孔和脱层现象。
(3)超高分子量聚乙烯的摩擦系数极低,使粉料进行过程中极易打滑,不易进料。
(4)成型温度范围窄, 易氧化降解。
3.2 压制烧结成型
超高分子量聚乙烯的压制烧结成型与PTFE的粉末烧结成型基本相似, 即首先将粉末在
室温下加压, 制成有适当密度和强度的压缩物,然后在规定的温度下进行烧结而行。粉末的
低密度。烧结温度, 烧结时间,添加剂的用量和比例, 偶联剂的品种以及施加的压力都将影响产品的尺寸和性能,因此操作的随机性比较大,对操作者技术要求比较高。优点是成本低, 设备简单, 投资少,不受超高分子量聚乙烯分子量的影响, 即使是世界上相对分子量最高的超高分子量聚乙烯(德国已高达1000万)也能加工。缺点是生产效率低, 劳动强度大,产品质量不稳定等。对于超高分子量聚乙烯的成型加工来说, 由于其相对分子量太高,流动性差, 在其他成型工艺还不太成熟的情况下, 世界各国主要采用压制烧结成型。
3.3 挤出成型
超高分子量聚乙烯的挤出成型, 可采用单螺杆挤出机, 双螺杆挤出机和柱塞挤出机, 其中以双螺杆挤出机最为常用。
北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所的何继敏等人用单螺杆挤出机实现了超高分子量聚乙烯管材的连续生产。世界上最早研制UHMWPE单螺杆挤出成型技术的是日本三井石油化学公司,于1971年开始研究UHMWPE棒材挤出技术, 1974年投入生产。单螺杆挤出机挤出超高分子量聚乙烯管材技术是通过螺杆的塑化和推进作用, 真正实现了超高分子量聚乙烯管材的连续挤出, 效率显著提高, 使超高分子量聚乙烯的加工技术跃上了一个新台阶。日本三井石油化工公司采用Ф65型单螺杆挤出机, 可生产10 种不同规格的圆棒(Ф50 -Ф200mm)。我国北京塑料研究所在“六五”和“七五”期间研制出UHMWPE单螺杆挤出机挤出棒材成型工艺, 采用Ф45, Ф65单螺杆挤出机挤出了UHMWPE棒材(Ф20mm -Ф100mm)。
双螺杆挤出机的两根螺杆是啮合在一起的, 能将物料强制推进, 在塑化段将物料压实为熔体, 继续啮合推进, 在计量段将物料输送进模具,从而实现了连续进料。但是, 因熔融状态下的UHMWPE粘度极高, 输送阻力很大，对螺杆的轴向推力要求较高, 即要求螺杆尾部的止推轴承能承受很高的背压(由螺杆中的熔体输送和熔体向模具中输送而产生的压力两部分组成)。并对模具进行特别的设计, 要求能使呈块状的熔体压缩以一起。配以合适的挤出工艺, 即可实现UHMWPE 板材和异型材的连续生产。采用柱塞挤出机对超高分子量聚乙烯进行挤出成型。可以看作是连续化的压制烧结。
采用柱塞挤出机制造超高分子量聚乙烯制品的生产效率较低,也不宜成型较大的制品, 在实际生产中受到了一定的限制。
3.4 注射成型
日本的三井石油化学公司于70年代中期最早实现了超高分子量聚乙烯注射成型, 1976 年实行了商业化。在我国, 超高分子量聚乙烯的注射成型也取得了一些突破性的进展。刘玉凤等人用德国Battenfeld公司的高压高速注射机, 对UHMWPE的注射成型工艺进行了研究, 发现UHMWPE受注射温度影响较小, 选择为250℃左右;提高注射压力可显著改善树脂的流动性。但是, 如注射压力过大, 则会产生溢料;注射速度选择为先增大后递减, 在高剪切作用下, 熔体被分割为细小的粉末, 而充满型腔;同时, 选择较小的直径喷嘴,以提高剪切并配合合适的螺杆速度, 即可生产出性能优良的制品。基本上是采用普通的单螺杆注射机, 但在螺杆和模具设计上需经过特殊的改进, 以保证物料在料筒内均匀移动, 并装备压力贮存器用来加速注入。
3.5 吹塑成型
超高分子量聚乙烯因熔体粘度高, 给加工带来了不少困难, 但它的熔体具有较大的熔融张力, 型抷下垂现象较少, 又为中空容器吹塑成型, 尤其是大型容器的吹塑成型, 创造十分有力的条件。超高分子量聚乙烯的吹塑可以制成高强度制品, 如汽车的油箱, 筒类等。
3.6 二次成型
二次成型，是在一次成型的基础上，将一次成所得的型材加热至类橡胶状态，然后通过施加一定大小的外力使其具有一定形状的半成品，再经冷却定型和整饰而得到制品。二次成型包括中空吹塑成型、热成型、拉幅薄膜的成型等方法，二次成型仅适用于热塑性塑料的成型，
它是在一次成型的基础上进行成型的一种成型方法.
3.6.1 二次成型的主要方法
热成型：是指将一次型坯（通常是）加热至软化状态，通过模具，在外力的作用下生成所需制品的一种方法。这种方法不适合壁厚较大且表面积小的制品的二次成型。用于热成型的塑料品种有很多，如PS、有机玻璃、PVC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、PE、PP、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
双轴拉伸：为了让型材的大分子能够重新取向，将其加热到玻璃化温度和熔点温度之间，在外力作用下进行双向拉伸，然后迅速冷到室温的一种成型方法。通过双轴拉伸制得的薄膜或单丝拉伸方向上的物理机械性能将会有有很大的提高和增强。目前，有很多高分子聚合物都可以通过双轴拉伸的方法进行二次成型，如丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯等等。
固相成型：是型材或坯料在一定的温度范围内被加热后加热后，在压力下通过特定的模具使其成型为所需制品的一种成型方法。
由于成型温度的不同，二次成型还可以分为以下几类：在塑料的熔融温度以下10℃左右进行成型的可叫做固相成型；对于非结晶性聚合物，在其玻璃化温度以上，熔融温度以下的高弹态状态下的成型，称之为热成型；在玻璃化温度以下对聚合物型材进行加工的方法，称之冷成型或室温成型，在很多地方，常温塑性加工。
对于有些高分子聚合物，比如超高分子量聚乙烯，囿于自身的特点，通过一次成型往往不能直接获得所需的制品，这就需要在一次成型的基础上，把一次成型后的型坯经过再次成型加工来获得最终制品。也就是说要将一次成型所得的片、管、板等型材，通过加热，使其处于高弹态状态下，在外力的作用下，通过特制的模具使其成为各种预期的形状，经过冷却定型而得制品。
4应用领域
超高分子量聚乙烯在工业上的应用,从1960年利用其优异的耐冲击性制造机械零件以来, 已有20余年的历史，但是由于早期成型加工技术的限制, 真正得到广泛应用还是近几年的事。表8 列举了超高分子量聚乙烯在各个领域的应用情况。
4.1包装容器和管道
大型包装容器,如开式罐、贮水桶、内衬罐、浮筒、汽油箱等, 是目前超高分子量聚乙烯应用最广泛的领域。另外,超高分子量聚乙烯还被用于接水槽、空中水槽、板式容器、冷却塔体的制造。由超高分子量聚乙烯制造的管道,具有良好的抗环境应力开裂性和抗压性。美国菲利浦石油公司已用超高分子量聚乙烯管铺设了 600km输送煤气的管道, 并生产出直径为1.2m的废水处理管, 其工作压力为2MPa ，使用寿命可达50年。
4.2建筑机械
超高分子量聚乙烯的自润滑性优异,不易粘附泥土及其它杂质, 被广泛制成农业和建筑机械的零部件, 如推土机的刮板和自卸汽车车斗衬里等。另外, 超高分子量聚乙烯还被制成装煤、
水泥、石灰、谷物、砂糖之类粉状材料的料斗、料仓、滑槽的衬里。这可使粉状材料对上述机械设备不发生粘附现象,保证了它们的稳定输送和贮存。
4.3 运翰机械
由于超高分子量聚乙烯的耐磨性、耐冲击性、低摩擦系数及不粘性, 使它在交通运输方面具有重要的使用价值。如导轨、传送装置滑块座、固定板等, 采用超高分子量聚乙烯, 要比原先采用的金属材料的使用寿命提高10 ~ 50 倍。另外, 流水生产线传送装置上的计时星轮, 用超高分子量聚乙烯代替层压热固性塑料, 克服了易磨损、易划痕等缺点。用超高分子量聚乙烯加工的计时螺杆, 也已在许多流水生产线上作为标准零部件使用。
4.4 纺织机械
纺织机械是超高分子量聚乙烯应用最早的领域。如纺织机上的皮结, 要求具有优良的耐震动负荷和高耐磨性, 每分钟要经受4 0~ 1 8 0 次冲击, 用超高分子量聚乙烯代替水牛皮, 使用寿命可提高4~ 6 倍。国外目前在每台织机上, 需用超高分子量聚乙烯零部件30 件左秘
如打梭棒、连接器、扫花杆、缓冲块、偏心块、杆轴套、摆动后梁等。由于超高分子量聚乙
烯的自润滑性和优良的轻负荷承载特性, 不但降低了维修费用, 而且提高了纺织机的工作效率。
4.5 其它
由于超高分子量聚乙烯具有优异的生理惰性, 最近美国已批准它在食品、医药以及与人体接触的领域内使用, 其中包括作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节以及节育植入体等的临床使用。由超高分子量聚乙烯制成的髓臼和金属股骨组成的人工髋关节临床使用, 至少已积累了10 年以上的经验, 其耐磨性和安全性比聚四氟乙烯更为优异。目前, 世界上已有数十万人接受了这类人工关节的置换和治疗。国内利用超高分子量制造人工骸臼, 1984年由北京市塑料研究所试制成功。此外, 由于超高分子量聚乙烯具有优异的低温性能, 被应用于各种冷冻机械中。又由于超高分子量聚乙烯对于放射线具有优良的遮蔽效果, 还被用作原子能发电站的遮蔽板。
学号： 广东石油化工学院 课程论文 超高分子量聚乙烯生产工艺的评述 学院：化工与环境工程专业：高分子材料与工程班级：高分子10-2 学生：教师： 完成时间：2013 年 6 月16 日
超高分子量聚乙烯生产工艺的评述 高分子10-2 杜龙飞学号：10014010216 摘要：超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。它的平均分子量约35万～800万，因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自 润滑性、耐化学腐蚀等性能，卫生安全、抗冲击性能在所有塑料中为最高值，并可长期在-169至+80℃ 条件下工作，被称为"令人惊异"的工程塑料，而且，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）耐低温性能优异， 在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。 关键词：超高分子量聚乙烯性能结构用途反应机理 1 引言 超高分子量聚乙烯是一种性能优良的工程塑料, 广泛应用于化学工业、食品和饮料加工机械、铸件、木材加工工业、散装材料处理、医疗上的人工移植器官、采矿加工机械、纺织机械及交通运输车辆、体育娱乐设备等领域。它的分子结构与普通聚乙烯的基本相同, 但分子量却高达100万以上, 因而具有不同于普通聚乙烯的一些特殊性能, 其中最显著的应用特性就是能代替钢材, 用来制作管材、化工阀门、泵和密封填料、纺织机械的齿轮和皮结、输送机的蜗轮杆、轴承、轴瓦、煤块滑道、各种料斗和筒仓的衬里材料以及食品加工机械的料斗和辊筒、体育用品和溜冰场等, 超高分子量聚乙烯的耐磨性比钢材好, 价格却比钢材低川, 因而受到人们的关注和欢迎。 超高分子量聚乙烯是乙烯等烯烃单体通过淤浆聚合工艺而成，其粘均分子量大于120万，产品外观为白色粉末。 2 超高分子量聚乙烯的生产方法和工艺 目前世界各公司均在采用的低压聚合工艺,超高分子量聚乙烯是由乙烯聚合而成, 其合成反应式如下： 超高分子量聚乙烯的生产过程与普通高密度聚乙烯的生产过程相类似, 都是采用齐格勒催化剂在一定条件下使乙烯聚合的。也就是说, 只要采用齐格勒催化剂并在适当的工艺条件下即可制得超高分子量聚乙烯。 现在，世界上生产超高分子量聚乙烯的各公司均采用齐格勒系催化剂的低压聚合工艺生产超高分子量聚乙烯。该工艺与高密度聚乙烯的低压淤浆法工艺十分相近, 负载型齐格勒系高效催化剂也比过去更能使催化效率大为提高, 并使聚合工艺得以简化, 从
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性能优异的新型热塑性工程塑料，它的分子结构与普通聚乙烯(PE)完全相同，但相对分子质量可达(1-4)×106。随着相对分子质量的大幅度升高，UHMWPE表现出普通PE所不具备的优异性能，如耐磨性、耐冲击性、低摩擦系数、耐化学性和消音性等。 由于UHMWPE分子链很长，易发生链缠结，熔融时熔体黏度高达108Pa?s，熔体流动性差且临界剪切速率很低，因此容易导致熔体破裂，使其成型加工困难。为改善UHMWPE 的加工成型性能，需要对其流动性进行改性，而物理改性是主要的手段。 1UHMWPE的物理改性 物理改性不改变分子构型，但可以赋予材料新的性能。目前常用的物理改性方法主要有1)将UHMWPE与低熔点、低黏度的树脂共混改性；(2)加入流动改性剂，以降低UHMWPE 的熔体黏度，改善其加工性能，使之能在普通挤出机和注射机上加工；(3)液晶高分子原位复合材料改性等。 1.1共混改性 共混改性是改善UHMWPE熔体流动性最有效、简便的途径。共混时所用的第二组分主要是指低熔点、低黏度的树脂，如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚酯等。目前使用较多的是HDPE和LDPE。当共混体系被加热到熔点以上时，UHMWPE就会悬浮在第二组分的液相中，形成可挤出、可注射的悬浮体物料。 将UHMWPE与LDPE(或HDPE)共混可使其成型加工性能获得显著改善。但共混体系在冷却过程中会形成较大的球晶，球晶之间有明显的界面。在这些界面上存在着由分子链排布不同引起的内应力，由此会导致产生裂纹，所以与基体聚合物相比，共混物的拉伸强度有所下降。当受外力冲击时，裂纹会很快沿球晶界面发展而断裂，引起冲击强度降低。为保持共混体系的力学性能，可以采用加入适量成核剂，如硅灰石、苯甲酸、苯甲酸盐、硬脂酸盐、己二酸盐的方法阻止其力学性能下降。 Dumoulin等对UHMWPE与中相对分子质量聚乙烯(MMWPE)的共混物进行了研究。在双辊混炼温度175℃，混炼时间10min；密炼温度185-200℃，密炼时间10min的条件下，制备了UHMWPE含量小于或等于6%(质量分数，以下同)的共混物。在上述条件下制备的共混物的流变性能得到极大改善。 Veda等对UHMWPE与MMWPE的共混物进行了研究。结果表明，UHMWPE与MMWPE 在给定条件下能共结晶。但加入MMWPE后，共混物的冲击性能、耐磨性能有所下降。为保持力学性能，在共混体系中加入成核剂。 专利介绍了一种UHMWPE共混改性方法。将70%的UHMWPE与30%的PE共混，用共混物挤出的制品拉伸强度为390MPa，断裂伸长率为290%，用带缺口试样进行Izod冲击试验时，试样不断裂。 专利报道，将79.18%的UHMWPE(相对分子质量3.5×106)，19.19%的普通PE(相对分子质量6.0×105)，0.13%的成核剂(热解硅石，粒径5-50μm，表面积100-400m2/g)熔融混合，所得共混物可在普通注射机上成型，产品的抗冲击性、耐磨性等物理机械性能优于不加成核剂的共混物。 Vadhar等对UHMWPE与线型低密度聚乙烯(LLDPE)共混物进行了研究。采用同步和顺序投料方式，在密炼机、混料机中制备UHMWPE与LLDPE共混物。同步投料即在密炼温度180℃时，将两种组分同时加入密炼机内混炼；顺序投料即在250℃时先将UHMWPE树脂加入混料机中混炼，然后将其冷却到180℃，再加入LLDPE继续混炼。 实验结果表明，投料方式对共混物的流变性能和力学性能影响极大。差示扫描量热及小角激光散射图像分析仪分析表明，顺序投料方式制备的共混物中，UHMWPE和LLDPE组分之间发生共结晶现象而且两种组分的混合均匀程度优于同步投料方式制备的共混物。由于
超高分子量聚乙烯板材的英文缩写是UHMW-PE板。 超高分子量聚乙烯板的起源是美国。也就是说是美国人发明并制作了超高分子量聚乙烯板材。超高分子量聚乙烯板材是一种热性工程塑料，它的制作工艺是填料-加热-加压-降温-出模。虽然看起来制作很简单，其实不然超高分子量聚乙烯板制作必须有一定的经验和独特工艺，尤其是原料配比和加热和冷却时间直接影响超高分子量聚乙烯板的性能。 超高分子量聚乙烯板的特性：重量轻、抗冲击、耐磨损、耐腐蚀、抗紫外线、耐老化、摩擦系数小、无毒性、无污染、不易沾附异物、能吸收震动和噪音等优良性能。是替代金属材料的最佳材料。用超高分子量聚乙烯板加工制作的产品其他性能由于现有的金属制品。 Ultra high molecular weight polyethylene sheet English abbreviation is UHMW-PE board. The origin of ultra high molecular weight polyethylene board is USA. That is an American invention and production of ultra high molecular weight polyethylene sheet. Ultra high molecular weight polyethylene sheet is a kind of thermoplastic engineering plastic, its production process is packing - heating - pressure - temperature - die. Although it is made very simple, actually otherwise ultra high molecular weight polyethylene board production must have certain experience and unique technology, especially the ratio of raw materials and the heating and cooling time directly affect the performance of ultra high molecular weight polyethylene plate. Properties of ultrahigh molecular weight polyethylene board: light weight, impact resistance, abrasion resistance, corrosion resistance, ultraviolet resistance, aging resistance, low friction coefficient, non-toxic, non polluting, not easy adhesion, excellent performance of foreign body can absorb the vibration and noise etc.. Is the best material instead of metal material. Use the plate to manufacture products of other properties of ultra high molecular weight polyethylene due to metal products available UHMW-PE 聚乙烯是目前产量最大、应用最广的塑料品种之一，约占世界塑料总产量的30%。其中，LDPE、HDPE以及被称为第三代聚乙烯的LLDPE等均属于热塑性通用塑料，唯有分子量高达150万以上的UHMEPE，因物理力学性能优异而作为工程塑料应用。根据美国菲利普石油公司的划分方法，分子量在150万
. 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）市场分析报告 1国外生产状况 国际市场上，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）生产企业主要有德国的T icona 公司、巴西的 Polialden 公司、荷兰的 DSM公司和日本三井化学公司等。其中，Ticona 公司生产能力为 11 万吨 / 年（含在中国独资企业产能），Polialden 为 4.5 万吨 / 年，DSM为 1 万吨 / 年，全球总生产能力超过 20 万吨 / 年。Ticona 公司是全球最大的 UHMWPE生产厂，约占全球 50%市场份额，可以生产适用于板材、异型 材、蓄电池隔板、纤维、过滤器材等各种规格、牌号的产品，种类齐全，并覆盖 全球市场。 DSM公司的特长是能生产特殊牌号的UHMWPE树脂，如：超细料及纤维料等，并且以自用为主，产品基本不外销。巴西 Polialden公司主要是接管了原美国MONTELL的经营业务，发展速度很快，能为用户稳定提供分子量在300万— 600 万的原料，主要用于生产板材和异型材，占据北美市场。 国外超高分子量聚乙烯的主要生产商见表1。 表 1 国外超高分子量聚乙烯的主要生产商及产品牌号 生产厂商（国家）树脂牌号（商标） Ticona （德国）Hostalen GUR Polialden ( 巴西 )UTEC DSM（荷兰）Stamylan UH 三井化学公司（日本）HI-ZEX MILLION 旭化成工业公司（日本）SUNFINE_U 昭和油化（日本）SHOREKSPA-5SSIH 三菱工程塑料公司（日本）Novatec Allied （美国）A-C1200-1232 Usi （美国）LS501 Phillips （美国）Marlex 6002 5003
超高分子量聚乙烯的特性 1、极高的耐磨特性超高管的分子量高达200万以上，磨耗指数最小， 使它具有极高的抗滑动摩擦能力。耐磨性高于一般的合金钢6.6倍，不锈钢的27.3倍。是酚醛树脂的17.9倍，尼龙六的6倍，聚乙烯的4倍，大幅度提高了管道的使用寿命。 2、极高的耐冲击性在现有的工程塑料中超高分子量管道的冲击韧性 值最高，许多材料在严重或反复爆炸的冲击中会裂纹、破损、破碎或表面应力疲劳。本产品按GB1843标准，进行悬臂梁冲击实验达到无破损，可承受外力强冲击、内部超载、压力波动。 3、耐腐蚀性UHMW-PE是一种饱和分子团结构，故其化学稳定性极高，本 产品可以耐烈性化学物质的侵蚀，除对某些强酸在高温下有轻微腐蚀外，在其它的碱液、酸液中不受腐蚀。可以在浓度小于80%的浓盐酸中应用，在浓度小于75%的硫酸、浓度小于20%的硝酸中性能相当稳定。 4、良好的自润滑性由于超高分子量聚乙烯管内含蜡状物质，且自身 润滑很好。摩擦系数（196N，2小时）仅为0.219MN/m（GB3960）。自身滑动性能优于用油润滑的钢或黄铜。特别是在环境恶劣、粉尘、泥沙多的地方，本品的自身干润滑性能更充分的显示出来。不但能运动自如，且保护相关工件不磨损或拉伤。 5、独特的耐低温性超高分子量聚乙烯管道耐低温性能优异，其耐冲 击性、耐磨性在零下269摄氏度时基本不变。是目前唯一可在接近绝对零度的温度下工作的一种工程塑料。同时，超高分子量聚乙烯管道的适温性宽，可长期在-269℃到80℃的温度下工作。 6、不易结垢性超高分子量聚乙烯管由于摩擦系数小和无极性，因此具 有很好的表面非附着性,管道光洁度高。现有的材料一般在PH值为9以上的介质中均结垢，超高分子量聚乙烯管则不结垢，这一特性对火电站用于排粉煤灰系统有重大意义。在原油、泥浆等输送管道方面也非常适用。 7、寿命长超高分子量聚乙烯分子链中不饱和基因少，抗疲劳强度大于50 万次，耐环境应力开裂性最优，抗环境应力开裂>4000h ，是PE100的2倍以上 ,埋地使用50年左右，仍可保持70%以上的机械性能。 8、安装简便超高分子量聚乙烯（UHMW----PE）管道单位管长比重仅为 钢管重量的八分之一，使装卸、运输、安装更为方便，且能减轻工人的劳动强度，UHMW-PE管道抗老化性极强，50年不易老化。不论地上架设，还是地下埋设均可。安装时无论是焊接或者是法兰连接均可，安全可靠、快捷方便、无需防腐、省工省力，充分体现出使用超高分子量聚乙烯管道“节能、环保、经济、高效”的优越性。
《燕山石化公司2012年度情报论文第号》 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的应用及加工 技术 伟超
树脂应用研究所2012.12.27
目录 1.UHMWPE的性能及应用 (1) 1.1 UHMWPE的性能 (1) 1.2 UHMWPE的应用 (2) 1.2.1 以耐磨性和耐冲击性为主的应用 (2) 1.2.2 以自润滑性和不粘性为主的应用 (3) 1.2.3 以耐腐蚀性和不吸水性为主的应用 (4) 1.2.4 以卫生无毒性为主的应用 (4) 2.UHMWPE的加工特点及加工技术 (4) 2.1 UHMWPE的加工特点 (4) 2.2 UHMWPE的加工技术 (5) 2.2.1 模压成型 (5) 2.2.2 挤出成型 (5) 2.2.3 注塑成型 (7) 2.2.4 UHMWPE纤维的纺丝工艺 (8) 2.3 几种新型挤出方法 (10)
2.3.1 UHMWPE的近熔点挤出技术 (10) 2.3.2 超高分子量聚乙烯加工中的亚稳性现象 (11) 2.3.3 气体辅助挤出成型技术 (11) 2.3.4 超支化聚(酯－酰胺)对UHMWPE的加工流动改性 (12) 2.3.5 数值模拟UHMWPE的柱塞挤出 (12) 3.结论 (13) 参考文献 (14)
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的应用及加工技术摘要：超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料，广泛应用在纺织、造纸、包装、运输、化工、采矿、石油、建筑、电气、食品、医疗、体育、船舶、汽车等领域。由于其相对分子质量大，UHMWPE具有流动性差，临界剪切速率低，分子链易发生断裂等特点，加工困难。本文对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的应用及模压成型、挤出成型、注塑成型、纺丝等加工技术进行了介绍，并特别介绍了近熔点挤出、气体辅助挤出、超支化合物改性等几种较为新颖的UHMWPE加工技术。 关键词：UHMWPE，加工，进展，应用 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料。最早由美国Allied Chemical公司于1957年实现工业化，此后德国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也相继投入工业化生产。我国高桥化工厂于1964年最早研制成功并投入工业化生产，20世纪70年代后期又有塑料厂和助剂二厂投入生产。目前，各国树脂的生产都是采用齐格勒型高效催化剂低压法合成的。 1.UHMWPE的性能及应用 1.1 UHMWPE的性能[1] 1.磨耗性能 UHMWPE的耐磨耗性能居塑料之首，比尼龙66和聚四氟乙烯高4倍，比碳钢高5倍。 2.冲击性能 UHMWPE的冲击强度是市售工程塑料中最高的，为聚碳酸脂（PC）的2倍，ABS的5倍，且能在液氮温度（－℃）下保持高韧性。 3.润滑性能
超高分子量聚乙烯市场 分析报告 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]
超高分子量聚乙烯（U H M W P E）市场分析报告 1国外生产状况 国际市场上，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）生产企业主要有德国的Ticona公司、巴西的Polialden公司、荷兰的DSM公司和日本三井化学公司等。其中，Ticona公司生产能力为11万吨/年（含在中国独资企业产能），Polialden为4.5万吨/年，DSM为1万吨/年，全球总生产能力超过20万吨/年。Ticona公司是全球最大的UHMWPE生产厂，约占全球50%市场份额，可以生产适用于板材、异型材、蓄电池隔板、纤维、过滤器材等各种规格、牌号的产品，种类齐全，并覆盖全球市场。DSM公司的特长是能生产特殊牌号的UHMWPE树脂，如：超细料及纤维料等，并且以自用为主，产品基本不外销。巴西Polialden公司主要是接管了原美国MONTELL的经营业务，发展速度很快，能为用户稳定提供分子量在300万—600万的原料，主要用于生产板材和异型材，占据北美市场。 国外超高分子量聚乙烯的主要生产商见表1。 表1国外超高分子量聚乙烯的主要生产商及产品牌号 1.1德国Ticona公司 Ticona公司是德国化学品集团塞拉尼斯(CELANESE)的工程聚合物业务子公司，生产能力为11万吨/年，可以生产适用于板材、异型材、蓄电池隔板、纤维、过滤器材等各种规格、牌号的产品，注册商标为Hostalen。其主要产品牌号见表2。
表2Ticona公司主要产品牌号 1.2巴西Polialden公司 Polialden公司是巴西Braskem公司的下属子公司，于2002年购买了Basell公司的UHMWPE 技术，在切换式HDPE装置上生产这种聚合物。2004年，巴西Braskem公司扩大位于巴西Bahia 州Camacari的UHMWPE装置能力，产能从3万吨/年扩增至4.5万吨/年，新增产能于2005年初投用。Braskem公司的主要产品牌号见表3。 表3Braskem公司的主要产品牌号
超高分子量聚乙烯的合成及应用成型研究 超高分子量聚乙烯（UHMWPE），是乙烯的线性均聚物，与高密度聚乙烯（HDPE）的结构类似，但平均链长为标准等级HDPE的10~100倍，其分子量一般都在300万以上。它最早由Karl Ziegler合成，具有优良的抗张强度、耐冲击、耐滑移、耐磨、耐化学腐蚀以及自润滑等性能，通过了美国FDA和USDA的认证，广泛应用于化工、机械、食品、医疗、军工、纺织、采矿等行业。 1 聚合工艺 乙烯的聚合主要受聚合温度、压力、催化剂组成及用量、外给电子体和氢气的影响，有高压聚合、气相聚合、淤浆聚合与溶液聚合这几种工艺，然而能用于UHMWPE聚合的却只有淤浆聚合与气相聚合。 1.1 淤浆工艺 淤浆工艺主要包括搅拌釜工艺与环管工艺。搅拌釜工艺包括Hostalen工艺和CX工艺，目前大约2/3的UHMWPE聚合采用Hostalen的连续搅拌釜工艺。此工艺最早是由德国Hoechst公司（现Basell公司）为高密度聚乙烯（HDPE）所开发，典型的工艺流程见图1，它使用双釜反应器，可通过串联或并联生产出单峰或者双峰的HDPE产品。而UHMWPE和HDPE淤浆工艺最主要的差别还是在工艺条件的优化、助催化剂/三价钛的配比上。此外，由于UHMWPE产物为粉末状，UHMWPE不需要造粒工序。Sudhakar P通过优化工艺条件而用传统Ziegler-Natta合成了分子量在400万~600万之间的UHMWPE。 上海化工研究院在1996年开发出以氯化镁、四氯化钛、钛酸酯类或苯甲酸酯为催化体系的单釜聚合工艺，经聚合、过滤、汽提、干燥后分子量达500万，产品性能与Hostalen工艺产品相似，填补了国内空白。 1.一号反应器； 2.二号反应器； 3.后反应器； 4.离心分离器； 5.流化床干燥器； 6.粉末处理器； 7.膜回收系统； 8.溶剂精制与单体回收系统； 9.挤压造粒 图1 典型Hostalen工艺流程 环管工艺主要有Phillips公司的Phillips单环管工艺和Ineos公司的InnoveneS双环管工艺。Phililips公司利用改性后的二氧化硅或氧化铝固定的Ti、Zr、Hf来生产UHMWPE，聚合中不需加入氢气，投资少，但对催化剂的要求较高。 在UHMWPE淤浆聚合过程中，控制反应热是聚合成败的关键。通过调节乙烯在溶剂中的浓度和催化剂的加入量可以达到控制反应热的效果，如果反应中的热量不能及时移出，将会造成催化剂失活。另外，控制反应器中铝的加入量，对增加分子量也具有显著的效果。 1.2 气相工艺
超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE),是分子量100万 以上的聚乙烯。 分子式:—(—CH2-CH2—)—n—,密度:0.936~0.964g/cm3。热变形温度 (0.46MPa)85℃,熔点130~136℃。 UHMWPE性质特点为:极好的耐磨性,良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性,耐热性优于一般PE,缺点是耐热性(热变形温度)低、加工成型性差,外表面硬度,刚性,耐蠕变性不如一般工程塑料,膨胀系数偏大。UHMWPE流动性差,熔融状态下粘度极高,是呈橡胶状的高粘弹性体,早期仅能用压制和烧结方法成型,目前也可用挤出、注塑和吹塑方法加工。 特殊功能 机械性能高于一般的高密度聚乙烯。具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性,卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等。 使用温度100~110℃。耐寒性好,可在-269℃下使用。密度0.985g/cm3,分子量200万的产品,其断裂拉伸强度40MPa,断裂伸长率350%,弯曲弹性模量600MPa,悬臂梁缺口冲击冲不断。磨耗量(MPC法)20mm。 应用领域 UHMWPE可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料用于纺织、造纸、食品机械、运输、医疗、煤矿、化工等部门。如纺织工业上技梭器、打梭棒、齿轮、联结、扫花杆、缓冲块、偏心块、杆轴套、摆动后果等耐冲击磨损零件。造纸工业上做箱盖板、刮水板、压密部件、接头、传动机械的密封轴杆、偏导轮、刮刀、过滤器等;运输工业上做粉状材料的料斗、料仓、滑槽的衬里。
超高分子量聚乙烯纤维的发展 在总结阐述超高分子量聚乙烯纤维概念、用途的基础上，分析其在国内外不同国家的发展与应用现状，并重点阐释其在我国的产生、发展历程及取得的巨大成果;对世人了解我国超高分子量聚乙烯纤维发展状况，具有重要的释疑意义。 1超高分子量聚乙烯纤维概述 超高分子量聚乙烯纤维是继碳纤维和芳纶纤维之后的世界第三代高强、高模、高科技的特种纤维。超高分子量聚乙烯纤维在水中的自由断裂长度可以延伸至无限长，而在相同粗细的情况下，超高分子量聚乙烯纤维能承受8倍于钢丝绳的最大质量，在军事、工业、航空、航天等领域均有重要应用。超高分子量聚乙烯纤维最重要的功能就是能够起到防弹、防刺的作用，用其制作的防弹衣质量、强度与传统的防弹衣相比都要轻得多，强度也高很多。超高分子量聚乙烯纤维若按质量计算其强度，要比芳纶高出40%，可以称之为当今世界上强度最高的聚乙烯纤维。在世界三大特种纤维中，超高分子量聚乙烯纤维质量最轻，化学稳定性也最好，而且具有耐磨、耐弯曲性能、张力疲劳性能以及抗切割性能。但超高分子量聚乙烯纤维在世界上也属于稀缺物资，其生产技术难度是很大的，目前，在国际上只有美国、荷兰、日本的三家化工公司能够进行工业化生产，而国内年产量则较少，多存在装置规模小等问题。据预测，在未来10年，世界对超高分子量聚乙烯纤维的年需求量将达到20万吨以上，市场发展潜力巨大。在我国，其已被列为国家"十一五"期间重点研发产品。 2国外超高分子量聚乙烯纤维生产与发展现状 1)超高分子量聚乙烯纤维在荷兰的发展 荷兰帝斯曼公司是世界上生产迪尼玛品牌高性能聚乙烯纤维的最大厂商。该公司于2006年在美国北卡罗来纳州建成并投产了高强聚乙烯纤维迪尼玛的生产线，这是该公司的第三次扩产扩能，这就使该公司生产超高分子量聚乙烯纤维的生产线数量达到了9条。自此，其在全球的迪尼玛纤维生产能力提高了约18%，达到了4700吨/年。而主要应用于单向防弹板制作的此类纤维生产能力则提高25%，达到了2500吨/年。目前，北卡罗来纳州的格里维尔装置可以向全球用户生产供应这种纤维，但必须首先满足美国军事工业的需要。世界对该种纤维的需求正在快速的增长。 2)超高分子量聚乙烯纤维在美国、日本等国家的发展
超高分子量聚乙烯衬板使用安装技术 一、本衬板特点和功能 1、本衬板具有较高的分子量，产品性能优越，质量可靠，适用性强，范围广等特点。 2、具有较强的高耐磨性、自润滑、搞冲击、不粘结、卫生、耐酸碱，减少劳动强度等优点。 3、本聚乙烯衬板具有极好的滑动性能，吸水率低，不受湿物料影响，磨擦系数极低，抗物料冲击，不会出现裂纹，是理想的防粘、防堵衬里材料。 二、使用注意事项 1、衬板安装时，应先清理料仓板面，应无杂物，防止安装时装衬板不平整，造成衬板与仓面接触有空隙，出现衬板被料挤脱。 2、衬板勿用铁器猛砸，使衬板表面出现坑坑洼洼，影响自润性能。 3、安装衬板的部位，不能用电焊，氧焊作业，如确实不用不行，应在电焊或氧焊时必须有专人不间断在仓面和衬板的接触之间洒水，以免引起火灾，造成严重后果。 4、不能直接撬衬板与仓面接触的部位，防止衬板与螺丝分家，造成衬板损坏或脱落，影响正常生产。 5、衬板不能在高于100o C的温度使用，若温度高衬板变形，影响使用年限或不能使用。 6、衬板不能在经常出现明火的地方使用，若想使衬板有一定的形状，可用手锯加工成形，再利用衬板本身所具有极强的韧性，采用螺
栓等方法固定，使衬板达到使用满意。 7、衬板可在负几十度的温度下使用，不会降低使用年限或损坏。 三、衬板安装说明 VHMW—PE衬板与钢板连接时的安装方法： 1、焊接式： 本安装方法实用于金属煤仓：料斗等专用料仓，金属仓部的内衬安装。安装时首先按所安装部位需要衬板的大小形状用合金锯切开，在超高板上用电钻打与焊垫下部大小一样直径的洞眼，再用本安装公司所专制的与焊垫上部直径大小的钻头在所打的洞眼上重打上一个能把焊垫沉到板材内的沉头孔一个。然后把超高板用射钉器固定在铁仓内壁上，然后把焊垫放进沉头孔中下部与铁仓紧贴，用焊机把焊垫与仓接触部位焊牢，再用锤子钉一下焊垫上部，使焊垫压紧超高板即可。请参考（焊接安装示意图）。 2、螺栓式： 安装时首先在超高板上用电钻打与沉头螺栓的沉头部位一样大小的沉头孔眼，后用射钉器把超高板固定在金属仓内壁上，再用电钻对准超高板上的沉头孔在金属仓上打眼后穿入沉头螺栓，把超高板和金
简介 超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万以上的聚乙烯。 分子式：—(—CH2-CH2—)—n—，密度：0.936～0.964g/cm3。热变形温度(0.46MPa)85℃，熔点130～136℃。 UHMWPE性质特点为：极好的耐磨性，良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性，耐热性优于一般PE，缺点是耐热性（热变形温度）低、加工成型性差，外表面硬度，刚性，耐蠕变性不如一般工程塑料，膨胀系数偏大。UHMWPE流动性差，熔融状态下粘度极高，是呈橡胶状的高粘弹性体，早期仅能用压制和烧结方法成型，目前也可用挤出、注塑和吹塑方法加工。 特殊功能 机械性能高于一般的高密度聚乙烯。具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性，卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等。 使用温度100～110℃。耐寒性好，可在-269℃下使用。密度0.985g/cm3，分子量200万的产品，其断裂拉伸强度40MPa，断裂伸长率350％，弯曲弹性模量600MPa，悬臂梁缺口冲击冲不断。磨耗量(MPC法)20mm。 应用领域 UHMWPE可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料用于纺织、造纸、食品机械、运输、医疗、煤矿、化工等部门。如纺织工业上技梭器、打梭棒、齿轮、联结、扫花杆、缓冲块、偏心块、杆轴套、摆动后果等耐冲击磨损零件。造纸工业上做箱盖板、刮水板、压密部件、接头、传动机械的密封轴杆、偏导轮、刮刀、过滤器等；运输工业上做粉状材料的料斗、料仓、滑槽的衬里。 UHMWPE可做各种机械的零部件，包括食品机械的齿轮、蜗轮、蜗杆、轴承。化工中做泵、阀门、档板、滤板。医疗上，还可用于心脏瓣膜、短形外科零件，人工关节及节育植入体。体育上做滑冰地板、滚地球道、滑雪板、机动雪橇零件。UHMWPE可以做高模量纤维，制造防弹衣、飞机座椅、海运、渔业用绳索等。 应用范围与聚酰胺、聚四氟乙烯相近，耐磨性超过碳钢，做齿轮、轴承、轴瓦、星轮、阀门、泵、导轨、密封填料、设备衬里、滑变板、人工关节等，纤维作防弹衣、绳索等。 超高分子量聚乙烯具有许多优异的性能，然而如此优异的工程塑料却很少有人知道它的存在，这主要是由于以前对超高分子量聚乙烯的熔体特性研究不足，加工方法基本上还停留在落后的压制一烧结工艺上。近年来，随着超高分子量聚乙烯加工技术的不断发展，其制品已在许多领域中获得了成功的应用。 纺织工业
超高分子量聚乙烯 超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万以上的聚乙烯。分子式：—(—CH2-CH2—)—n—，密度：0.936～0.964g/cm3。 热变形温度(0.46MPa)85℃，熔点130～136℃。 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。世界上最早由美国AlliedChemical公司于1957年实现工业化，此后德国Hoechst公司、美国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也投入工业化生产。我国于1964年最早研制成功并投入工业生产。限于当时条件，产物分子量约150万左右，随着工艺技术的进步，目前产品分子量可达100万～400万以上。 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的发展十分迅速，80年代以前，世界平均年增长率为8.5%，进入80年代以后，增长率高达15%～20%。而我国的平均年增长率在30%以上。1978年世界消耗量为12，000～12，500吨，而到1990年世界需求量约5万吨，其中美国占70%。 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）平均分子量约35万～800万，因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）优异的物理机械性能使它广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节 由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）熔融状态的粘度高达108Pa*s，流动性极差， 其熔体指数几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。近年来，超高分子 量聚乙烯（UHMW-PE）的加工技术得到了迅速发展，通过对普通加工设备的改造， 已使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注 射成型以及其它特殊方法的成型。 一般加工技术 (1)压制烧结
超高分子量聚乙烯纤维性能及应用 摘要：超高分子量聚乙烯纤维有着高取向度，高结晶度，强力、模量高，抗冲击，耐腐蚀，耐光照，耐挠曲，耐磨损等优点。它的密度比水小，介电性能好。超高分子量聚乙烯纤维的缺点是使用温度不高，耐氧化性能差，抗蠕变性能差，表面加工困难。正是超高分子量聚乙烯纤维自身所具有的这些特点，它在抗冲击防护、低温、耐压、海洋工程、渔业等领域有着广泛地使用。 关键词：超高分子量聚乙烯纤维性能应用 The Properties and Applications of Ultra- high Molecular Weight Polyethylene Fibre Abstract：Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibre was high orientation degree，crystallinity，tensile strength and modulus，impact resistance，good corrosion resistance，light aging resistance，resistance to flexure，and wear resistance advantages etc．It had the small density than water，and good dielectric properties．The defect of UHMWPE fiber were that the used temperature was not high，oxidation resistance performance was poor，creep resistance was poor，and surfacing processing was difficult . Just UHMWPE fiber itself with these characteristics，it was widely used in the impact resistance，low temperature，pressure resistance，ocean engineering，fishery，etc．Key words：ultra-high molecular weight polyethylene(UHMWPE) fibre；properties; applications 一超高分子量聚乙烯纤维的性能 超高分子量聚乙烯纤维是自上个世纪80年代发展起来的一种高性能纤维，工业化生产采用凝胶纺丝超倍拉伸技术，是凝胶纺丝技术中的代表产品。一问世便以出色的性能受到市场的关注。20多年的发展过程中，生产技术不断改进，性能、产量均有长足的进步。现如今，该种纤维世界范围内生产能力超过1万吨/年，商业级顶级产品的强度能达到40cN/dtex。 超高分子聚乙烯纤维具有高取向度，高结晶度，微纤沿拉伸方向排列规整度高，使用电子显微镜还能够观察到“串晶”结构。这些结构赋予其良好的机械性能：沿纤维轴向方向，纤维具有很高的耐拉伸性，比强度，比模量都较高；即使在很低的温度下，该纤维仍能够保持柔软，有研究表明，即使在-150℃的条件下，纤维也无脆化点[1]。该纤维的缺点也很明显，
超高分子量聚乙烯加工技术 超高分子量聚乙烯安阳超高工业技术有限责任公司 摘要：超高分子量聚乙烯英文简称UHMW-PE，它是一种来源丰富、价格适中、 性能优异的一类热塑性工程塑料，由于具有耐冲击性、耐腐蚀、耐磨损、自润滑性、无毒性及极优良的耐低温性等优点，被应用在许多领域。“性能卓越，加工困难”是UHMW-PE的一大特点，其原因就在于UHMW-PE的分子链极长，致使分子链互相缠结，很难呈规则排列，在引起聚集态变化的同时(如:结晶度偏低-65%~85%，密度偏低~m3)，大分子链间的无规缠结又使UHMW-PE对热运动反应迟缓，当加热到熔点以上时，熔体呈现橡胶状高粘弹体状，熔体粘度高达，熔体流动速率几乎为零，造成UHMW-PE临界剪切速率很低，易产生熔体破裂等缺陷。因此，很难用常规的聚合物加工方法来成型UHMW-PE制品，在一段时间内限制了UHMW-PE的推广使用，故研究UHMW-PE的成型加工显得尤为重要。常用的成型方法有模压成型法（1965年前后）、挤出成型法（1970年前后）和注塑成型法（1975年前后）3种。本论文首先简要介绍一下UHMW-PE的性能及成型方法，然后分别对它的单螺杆挤出成型工艺和双螺杆挤出成型工艺做详细介绍。 关键词：性能；加工性能；成型方法；单螺杆挤出成型法；双螺杆挤出成型法1 UHMW-PE概述 UHMW-PE的发展简史 超高分子量聚乙烯通常是指相对分子质量在150万以上的线型聚乙烯，其英文全称为Ultra High Molecular Weight Polyethylene，简称UHMW-PE。UHMW-PE 在分子结构上与普通聚乙烯相同，其主链上的链节都是(-CH 2-CH 2 -)，但普通聚乙 烯的分子量较低，约在5-30万之间，即使是高分子量高密度聚乙烯(HMWHPE)，其重均分子量也仅为20-50万，而UHMW-PE的分子量高达巧于600万，德国甚至有分子量高达1000万以上的产品。 UHMW-PE是一种来源丰富、价格适中、性能优异的一类热塑性工程塑料，其耐冲击性、耐腐蚀、耐磨损、自润滑性、无毒性及极优良的耐低温性等优点，使该材料广泛应用于通用机械、化工机械、食品和造纸等领域，作为易磨损、易腐蚀、高冲击、低温及不能使用润滑油的各种零部件及料仓衬里、溜槽、滑道衬板、滑轨、油箱等。UHMW-PE材料的使用寿命不仅高于尼龙和聚四氛乙烯制品，且耐磨性远远超过不锈钢等金属制品。由于UHMW-PE具有优良的综合性能，在国外被称为“惊异的塑料”[1]。 UHMW-PE首先由西德Hoechest公司于1958年开发成功，其后美国Hercules 公司及日本三井油化相继较大规模地工业化生产，北京助剂二厂是国内UHMW-PE 的主要厂家。长期以来，UHMW-PE由于加工困难，致使UHMW-PE材料的推广应用受到一定限制。近年来由于加工技术的不断进步和发展，其应用领域也随之扩大。目前UHMW-PE制品的加工仍以压制烧结和柱塞法为主。七十年代中期以来，日本先后开发了单螺杆挤出和往复螺杆注射成型工艺，美国和西德也相继采用单螺杆挤出和注射成型法加工UHMW-PE制品。 UHMW-PE的合成方法
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）市场分析报告 1 国外生产状况 国际市场上，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）生产企业主要有德国的Ticona公司、巴西的Polialden公司、荷兰的DSM公司和日本三井化学公司等。其中，Ticona 公司生产能力为11万吨/年（含在中国独资企业产能），Polialden为4.5万吨/年，DSM为1万吨/年，全球总生产能力超过20万吨/年。Ticona公司是全球最大的UHMWPE生产厂，约占全球50%市场份额，可以生产适用于板材、异型材、蓄电池隔板、纤维、过滤器材等各种规格、牌号的产品，种类齐全，并覆盖全球市场。DSM公司的特长是能生产特殊牌号的UHMWPE树脂，如：超细料及纤维料等，并且以自用为主，产品基本不外销。巴西Polialden公司主要是接管了原美国MONTELL的经营业务，发展速度很快，能为用户稳定提供分子量在300万—600万的原料，主要用于生产板材和异型材，占据北美市场。 国外超高分子量聚乙烯的主要生产商见表1。 表1 国外超高分子量聚乙烯的主要生产商及产品牌号 生产厂商（国家树脂牌号（商标 Hostalen GUR Ticon（德国 UTEC)Polialden 巴Stamylan UHDS（荷兰 HI-ZEX MILLION三井化学公司（日本SUNFINE_U旭化成工业公司（日本）SHOREKSPA-5SSIH 昭和油化（日本）
Novatec 三菱工程塑料公司（日本）A-C1200-1232 Allied（美国） LS501 Usi（美国） Marlex 6002 5003 （美国）Phillips公司Ticona德国1.1 Ticona公司是德国化学品集团塞拉尼斯(CELANESE)的工程聚合物业务子公司，生产能力为11万吨/年，可以生产适用于板材、异型材、蓄电池隔板、纤维、过滤器材等各种规格、牌号的产品，注册商标为Hostalen。其主要产品牌号见表2。表2 Ticona公司主要产品牌号 Polialden公司是巴西Braskem公司的下属子公司，于2002年购买了Basell公司的UHMWPE技术，在切换式HDPE装置上生产这种聚合物。2004年，巴西Braskem 公司扩大位于巴西Bahia州Camacari的UHMWPE装置能力，产能从3万吨/年扩增至4.5万吨/年，新增产能于2005年初投用。Braskem公司的主要产品牌号见表3。 表3 Braskem公司的主要产品牌号
国内超高分子量聚乙烯纤维生产概况 超高分子量聚乙烯纤维是一种新材料，它的应用领域很广泛，从航空航天到国 防军事，再到民用绳网，都有着它广阔的应用市场和开发领域。目前国内此纤维的年了。早期投产的有三家，分别在宁波、湖南、北京。三产业化生产，大约已有13家的生产方式各有不同，产品也各有千秋。但是，由于此种纤维的自身特性和超高的总欠伸][短纤分子量的特点，它与一般常规化纤的生产有着很大差异。常规化纤多倍，为100倍就可以了，而这种冻胶纤维的总欠伸倍数要倍数一般为：几倍--20何要拉伸这麽多倍呢？这是由于溶剂的存在，使纤维中链缠结交联点的数目减少而至。也就是说，此种纤维，它从纺丝喷丝板到产品成型需要一段漫长的过程才能实现，过程长了，环节就多了，控制起来，困难自然也就多了。它就像一条链子，不论少了哪一环，整条链子都会断裂。了解在生产的每一个过程中，要严格控制纤维的外在技术指标，更要掌握、 纤维的内在分子结构变化，看它内在结构的变化，符合不符合它在这一工段中所能达到的工艺要求。换句话说：纤维在每一道生产过程中，它的内外技术指标变化是不是人们所希望应达到的状态。所以，在生产过程中，半成品的物检、化验是不可缺少的中间控制手段。 要想生产出合格的产品，并且要达到一定的制成率，确实不易。目前，在这一领域的理论认知程度，还有待于进一步的研究提高，特别是成熟的大规模产业化生产技术，还不是十分成熟。情况不一，大体上分析：有技术问题，有设备问题，还有的是控制方法问题。当然，人员、资金问题也不能排除。 超高分子量聚乙烯纤维的生产是高科技，生产过程中每一道环节的控制，都很严谨，控制精度很高。有的工段，温度相差1度，线速度相差 0.1米/分，就会产生大量毛丝及断头，造成缠辊现象，而常规化纤的生产就不需如此严格。 它的主要生产工序如下：纤维的制作，总体上说与常规聚酯短纤的制作有相似之处。原料的制备——双螺杆挤压机——纺丝箱——喷丝板——萃取——干燥——加热牵伸——卷绕成型。 目前，国内外原料的制备方法不一，采用的溶剂不同，含固量也不一原料的制备：样。所以，没有固定的统一模式，生产制作的设备差异也很大，而常规熔融纺是不加溶剂的。但不论采取那种方式，最终都能达到所需的效果。因生产是连续化的，所以原料的配比不能有波动，要求始终均匀一致。虽然含固量的提高，是提高产量增加了操作难度，的重要手段之一，但拉伸比也随之提高，整体车速都要响应加快，毛丝的产生量相比明显增多，不易把握。但，若能将含固量的百分比控制在适当的浓度内，还是可以的，要根据自身情况，量力而行。提高计量泵的转速也是提高产量的有效手段之一。 螺杆挤压机对物料起着输送—搅拌—加热—加压等作用。首先，进双螺杆挤压机：入“螺杆”之前的浆料要脱泡，不能含有水汽，物料在输送过程中，要得到充分的混练搅拌。各区的加热温度，要结合螺杆上捏合块的位置加以设定，并且要保证一定的输送压力。螺杆捏合块的设定，理论性很强，不同的组合，对物料的搅拌，会有不同的效果。 它的作用主要是保温；控温；均匀的将物料分配到每一个纺丝组件。纺丝箱： ：由计量泵将物料挤压变为丝条，就是通过喷丝板实现的，板的孔径大小及喷丝板刨面形状是它的重要技术参数，它对纤维的成型及拉伸性能的好坏，起着至关重要的作用。