Ultrahögmolekylär polyeten ( UHMWPE , engelska Ultra-high molecular weight polyethylene , UHMW PE ) är en termoplastisk polymer, ett konstruktionsmaterial som är lämpligt för drift under extrema driftsförhållanden.
Synonymer:
Den ultrahöga massan av molekyler bestämmer de unika egenskaperna hos UHMWPE, som skiljer sig från andra typer av polyeten.
UHMWPE användes först i industrin på 1950-talet av Ruhrchemie AG . På 1960-talet syntetiserade A. J. Pennings, i samarbete med DSM-företaget (Nederländerna), fiberstrukturer med mycket hög hållfasthet från UHMWPE. På 1970-talet lyckades DSM-forskare skapa fibrer baserat på Pennings upptäckter [1] . I världen syntetiseras UHMWPE av Ticona, Braskem, DSM, Teijin (Endumax), Celanese och Mitsui.
UHMWPE-molekylen består av långa linjära kedjor av polyeten med en molekylvikt på 1,5–11,5 miljoner a.u. t.ex. polymerisationsgraden av monomeren - eten är mer än 100 tusen [2] med relativt svaga intermolekylära bindningar (10-20 kJ / mol) (i motsats till, till exempel från Kevlar , med dess relativt korta molekyler och starka intermolekylära bindningar obligationer). Nivån av parallellitet i orienteringen av linjära molekyler kan överstiga 95%, och graden av kristallinitet når 85%.
På grund av molekylernas struktur är UHMWPE ett termoplastiskt ämne med en relativt låg smältpunkt (135–190 °C), därför rekommenderas inte produkter tillverkade av det att användas vid temperaturer över 80–100 °C. Vid upphettning över smältpunkten går UHMWPE inte in i ett visköst tillstånd, utan endast till ett mycket plastiskt [3] . Ytan på UHMWPE-produkter är slät vid beröring.
UHMWPE har en mycket låg vattenabsorption för organiska polymerföreningar , i intervallet 0,01–0,05% [4] [5] , vilket beror på frånvaron av polära grupper (ester, amid, hydroxylgrupper) i UHMWPE-molekyler. Därför förändras inte egenskaperna hos UHMWPE när de utsätts för vatten (som jämförelse, i Kevlar, minskar våtstyrkan med hälften på grund av brott mot de svaga vätebindningarna i amidgrupperna; när den torkas är styrkan inte helt återställd) . UHMWPE är också resistent mot de flesta syror och alkalier , ultraviolett och gamma [6] strålning och mikroorganismer [4] [5] [7] .
Den specifika densiteten för ren UHMWPE är cirka 0,93–0,94 g/cm³ med tillsatser på 0,95 g/cm³ [4] . Förhållandet mellan draghållfasthet och massa av UHMWPE är 40 % större än för aramidföreningar som Kevlar [8] . I närvaro av en långvarig statisk dragbelastning deformeras UHMWPE så länge som mekanisk spänning existerar (en egenskap som kallas "krypning").
UHMWPE har en tillräckligt hög böjmodul på cirka 1 GPa och en destruktiv drag- eller böjspänning på 20–40 MPa (~4 kgf/mm²) [5] [7] [4] , vilket ger efter i form av brottspänningar till det bästa höglegerade lågkolhaltiga högrena stål med 50-100 gånger och med elasticitetsmodulen - 200 gånger (till exempel verktygsstål 4Kh5MFS efter termomekanisk lågtemperaturbearbetning eller ausformning har en brottspänning σ b på cirka 250 kgf / mm² och sträckgränsen σ 0,2 är 180-230 kgf/mm²) [9] . Men på grund av den låga densiteten, som är 8–8,5 gånger lägre än stålens, och den höga utmattningshållfastheten (uthållighet) kan produkter tillverkade av UHMWPE konkurrera i form av hållfasthet/vikt med produkter tillverkade av låghållfasta konstruktionsstål och till och med överträffa dem.
De huvudsakliga egenskaperna hos UHMWPE som bestämmer dess användning är mycket hög slitstyrka, låg friktionskoefficient och hög brottseghet (tillförlitlighet vid låg temperatur). Så när det gäller slitstyrka hos UHMWPE vid acceptabla driftstemperaturer och vissa slipmedel, överträffar den teflon och till och med kolstål [10] . Friktionskoefficienten för UHMWPE (på stål) är cirka 0,1 [11] . Slaghållfasthetskoefficient - 170 kJ / m² (med en skåra - upp till 80 kJ / m²), driftstemperaturer - från -150 ° C eller till och med -260 ° C [5] (enligt andra källor - från -80 ° C) till +80 -90 °С [12] [6] .
Syntesen av UHMWPE utförs med metallocenkatalysatorer från monomer- eten , medan antalet monomerer i en molekyl är flera storleksordningar större än för högdensitetspolyeten . För syntes av UHMWPE används lågtrycksinstallationer .
Återvunnet UHMWPE-pulver marknadsförs antingen som fibrer eller i en konsoliderad form såsom ark, filmer, profiler eller stavar.
Produkter från UHMWPE erhålls genom följande bearbetningsmetoder:
Det är med hjälp av gelbildning som de starkaste fibrerna av varumärkena Dyneema och Spectra erhålls för kablar , slingor , används i stor utsträckning i ballistiskt skydd, försvarstillämpningar och i allt högre grad i medicinsk utrustning.
I Ryssland finns det flera anläggningar för syntes av UHMWPE-pulver: