超分子量聚乙烯生产工艺及加工成型

超分子量聚乙烯生产工艺及加工成型学院（系）化工与环境学院专业：化学工程与技术学生姓名学号日期：2015-11摘要I摘要本文探讨了超分子量聚乙烯的一些特点以及制备方法。关键词聚乙烯，超分子量，制备目录目录摘要.......................................................................................................................I第1章绪论.................................................................................................11.1.研究背景.........................................................................................11.2.超高分子量聚乙烯简介.................................................................11.3.超高分子量聚乙烯特点.................................................................1第2章超高分子聚乙烯的制备.................................................................32.1.制备方法.........................................................................................3第3章结论.................................................................................................4参考文献..............................................................................................................51第1章绪论1.1.研究背景超高分子量聚乙烯（ＵＨＭＷ－ＰＥ）塑料合金具有优异的物理和机械性能，能替代金属在离心泵和轴承等机械领域中的广泛应用。超高分子量聚乙烯的分子量对其物理机械性能有着很大影响。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种性能卓越的工程塑料,同众多的聚合材料相比,具有其它工程塑料所无法比拟的耐冲击性、耐磨损性、耐化学药品性、耐低温性、耐应力开裂性、抗粘附能力,优良的电绝缘性、自润滑性及安全卫生等性能,可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料广泛地应用于体育、纺织、采矿、化工、包装、建筑、机械、电气、医疗等领域。超高分子量聚乙烯性能卓越、加工困难,是一种正在迅速崛起的工程性热塑性塑料。由于加工困难,国内外超高分子量聚乙烯的应用多集中在压制产品上,但是材料学家们从来没有停止过对超高分子量聚乙烯挤出制品的探讨。超高分子量聚乙烯的卓越性能源自于它具有极高的分子量,因此对超高分子量聚乙烯改性成功与否的判定在很大程度上取决于其制品的分子量保留的程度和在低温下的冲击韧性。1.2.超高分子量聚乙烯简介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。1.3.超高分子量聚乙烯特点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。22、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。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，产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。39、其他特性超高分子量聚乙烯管还有吸能、吸噪音、抗静电、对电子具有屏蔽能力、不吸水、比重轻、容易机械加工、可着色等突出特性。第2章超高分子聚乙烯的制备2.1.制备方法1．采用加工助剂与超声辐照相结合的方法，实现了UHMWPE在一般单螺杆挤出机上的连续挤出成型。加入一定量的聚丙烯(PP)，能有效改善单螺杆挤出机对UHMWPE的加工性能，挤出过程中的超声辐照则有效地降低了熔体粘度和挤出压力，显著提高了挤出效率。在适当的加工助剂含量和超声辐照强度下，UHMWPE的力学强度、耐热性能及摩擦磨损性能得到提高。2．研究了UHMWPE在挤出过程中物料输送及熔融塑化机理。FT-IR、DSC、WAXD和AFM分析表明，在单螺杆挤出机挤出UHMWPE/PP共混物时，与料筒壁接触的物料表层主要是PP，从而增大了物料一料筒壁间的摩擦系数，实现了单螺杆挤出机内物料的顺利输送。在熔融塑化过程中，PP首先熔融并在料筒壁形成熔膜，熔膜流入主动螺腹形成熔体池，对被动螺腹中的UHMWPE固体床产生大的推压力，使UHMWPE固体床得以压实，解决了通常用一般单螺杆挤出机挤出UHMWPE时的打滑、料塞和不能压实的问题。在以聚乙烯(PE)改进UHMWPE加工流动性的情况下，熔融的PE很快渗入到UHMWPE内部，不能有效地在料筒壁一物料间聚集，也不能形成有效的熔体池，加之UHMWPE低的摩擦系数和不粘性，在用单螺杆挤出机挤出UHMWPE时就遇到困难。微观结构分析表明，在UHMWPE/PP共混物中，PP位于UHMWPE晶区间的低晶(非晶)区域，破坏了UHMWPE完整的链缠结网络，有效地降低了UHMWPE链缠结密度，流动性得以改善。PE不能有效降低UHMWPE的链缠结密度，因而PE对UHMWPE加工改性效果较差。3．挤出过程中的超声辐照显著降低了UHMWPE/PP共混物熔体表观粘摘要度和挤出口模压力，提高了挤出产量。随共混物中PP含量的减少，共混物熔体的链缠结密度升高，超声辐照的降粘降压效果越明显。超声辐照使共混物中UHMWPE和PP的结晶度下降，晶粒尺寸变小。在适当的超声辐照强度下，材料的抗冲击强度、杨氏模量及耐磨性能得到提高。4.以PP为主的加工改性剂能显著提高UHMWPE的摩擦磨损性能。在同样的条4件下，UHMWPE的摩擦系数和磨损速率都比UHMWPE/PP共混物高。随负荷的增加和磨损时间的延长，在UHMWPE磨损表面出现大量的裂纹，呈现明显的疲劳磨损特征。在较高的滑动速度下(400rpm)，UHMWPE发生因表面熔融而导致快速的磨损。而UHMWPE/PP共混物在高的负荷、长的磨损时间及高的滑动速度下，在磨损表面无明显的疲劳破坏和熔融现象发生。通过原子力显微镜(AFM)观察研究表明，在不同的作用力范围和滑行速度下，UHMWPE的表面层分子与Si3N4探针间的摩擦力均较UHMWPE用P共混物高，与宏观的摩擦性能相一致。5.采用SEM、FT一IR、DSC、AFM、XPS和场伙XD研究了UHMWPE和uHMwPE/PP的摩擦磨损机理。与uHMwPE对磨时，在钢环表面形成了UHMWPE转移膜，与UHMWPE/PP对磨的钢环表面无转移膜，而有很细的圆柱状磨屑产生。长的磨损时间导致UHMWPE疲劳破坏，产生大量的磨屑，而随磨损时间的延长，UHMWPE/PP表面的磨屑并无明显的增加。由于钢环滑动对表面层分子所产生的剪切、拉伸及退火作用，在UHMWPE/PP的磨损表面形成了串晶，而UHMWPE磨损表面的晶区较小，晶区间的粘接力也较弱。UHMWPE/PP共混物在磨损初期所产生的少量圆柱状磨屑分布于摩擦界面，起到了有效地将滑动摩擦转化为滚动摩擦的作用，因而摩擦系数和磨损速率显著降低，耐磨性能明显提高。第3章结论超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种性能卓越的工程塑料,同众多的聚合材料相比,具有其它工程塑料所无法比拟的耐冲击性、耐磨损性、耐化学药品性、耐低温性、耐应力开裂性、抗粘附能力,优良的电绝缘性、自润滑性及安全卫生等性能,可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料广泛地应用于体育、纺织、采矿、化工、包装、建筑、机械、电气、医疗等领域。5参考文献[1]刘英,刘萍,陈成泗,严为群,王德禧.超高分子量聚乙烯的特性及应用进展[J].国外塑料,2005,11:36-40.[2]李艳芹,朱博超,黄安平,张华强,贾军纪,高杜娟,高琳,韦少义.超高分子量聚乙烯研究进展及应用领域[J].广州化工,2011,02:19-21.[3]何振强,薛平,何继敏,贾明印.超高分子量聚乙烯成型加工技术最新进展[J].塑料科技,2011,06:92-99.[4]赵刚,赵莉,谢雄军.超高分子量聚乙烯纤维的技术与市场发展[J].纤维复合材料,2011,01:50-56.[5]叶素娟,黄承亚,禹权.超高分子量聚乙烯的成型工艺及改性研究进展[J].合成材料老化与应用,2006,02:43-49.[6]黄安平,朱博超,贾军纪,李艳芹.超高分子量聚乙烯的研发及应用[J].高分子通报,2012,04:127-132.[7]洪剑寒.超高分子量聚乙烯/聚苯胺导电纤维制备及性能研究[D].苏州大学,2014.[8]吴新锋.超高分子量聚乙烯耐磨性和导热性能的研究[D].上海交通大学,2013.[9]魏寒.超高分子量聚乙烯在γ射线作用下的预辐照接枝改性[D].东华大学,2013.[10]朱灵玲.超高分子量聚乙烯微孔膜的制备与研究[D].东华大学,2013.[11]刘晓晓.碳纳米管/超高分子量聚乙烯纤维的表面改性及性能研究[D].浙江理工大学,2013.[12]杨晓娟.超高分子量聚乙烯电池膜成型研究[D].北京化工大学,2012.[13]孙亚平.超高分子量聚乙烯短纤维填充天然橡胶复合材料的界面特性研究[D].北京化工大学,2012.[14]任意.超高