Все о сверхвысокомолекулярном полиэтилене
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности входит в группу термопластичных, его второе название — высокомодульный полиэтилен. Данный материал обладает исключительными физическими и механическими свойствами, его характеристики отличаются от других материй, созданных на основе полиэтилена. Его главная особенность заключается в строении, он состоит из прямых длинных цепочек, расположенных параллельно. Это цепочки состоят из молекул сверхвысокой массы, в отличие от кевлара с короткими молекулами, связи между ними будут более слабыми.
Эти свойства позволяют материалу эффективно распределять приходящуюся на него нагрузку. Высокомодульный полиэтилен очень прочный и жесткий, это самый выносливый материал в своем классе. В этой статье мы расскажем, как его перерабатывают, где применяют, в чем плюсы и минусы материала.
Короткое название этого пластичного материала — PE-500. Высокая прочность позволяет использовать его в самых экстремальных условиях.
Что это такое?
Все цепочки в структуре данного пластичного полимеризованного этилена располагаются в одинаковом направлении. Поэтому они могут распределять нагрузку и выдерживать ее высокие уровни. Внешне он выглядит, как самый обычный пластик. Он плотный и твердый, в производстве не используется токсических веществ, поэтому запах у него отсутствует. Чтобы создать такое вещество, необходимо провести синтез этилена с катализаторами из металлоценов, процедура проходит в условиях сниженного давления. Чтобы придать нужный цвет, технологический процесс дополняется добавлением колера.
Помимо PE-500 существует PE-1000, его молекулярная масса в два раза выше. В такой модификации он настолько крепкий и прочный, что превосходит по данным характеристикам некоторые виды нержавеющей стали.
Плюсы и минусы
У данного материала есть весомые преимущества перед другими полиэтиленами:
- устойчив к механическому воздействию, износостойкий, обладает высочайшей ударной прочностью;
- высокая стойкость к появлению сколов и трещин;
- широкий температурный диапазон эксплуатации, он может использоваться как при очень низких, таки при экстремально высоких температурах;
- устойчив к воздействию влаги;
- выдерживает воздействие агрессивных химических веществ благодаря тому, что в составе отсутствуют чувствительные к ним эфиры и амиды, исключение — окислители, их воздействия не выдерживает;
- не теряет свойств от нахождения на солнечном свете;
- высокая степень гигиеничности, его не могут атаковать патогенные бактерии, на нем не могут жить грибки и плесень;
- обладает диэлектрической и электро-изоляционной способностью;
- выдерживает воздействие радиацией.
Недостаток заключается в невысокой температуре плавления — около 150 градусов по Цельсию, по этой причине его разрешено использовать при температурном режима до ста градусов.
Сверхмолекулярный полиэтилен появился совсем недавно, его изготавливают две российские компании. Его стоимость высокая, это связаны с большими затратами и сложностями в производстве.
Характеристики и качества
Показатели прочности такие высокие благодаря особой структуре с параллельным расположением цепочек. Причина невысокой теплостойкости тоже заключается в строении — связи между некоторыми молекулами могут быть слабыми.
Другие характеристики для PE-1000 такие:
- при изгибе удлиняется на 8-10%;
- модуль упругости на изгибе — до 1 ГПа;
- низкое водопоглощение, до 0,05%;
- коэффициенты трения и ударной вязкости 0,1 и 160-170 кДж/кв.м соответственно;
- ударная прочность — 0,93-0,94 г/куб.см;
- поверхностное сопротивление составляет 1014 Ом.
Входит в категорию нормально воспламеняемых. При использовании не вредит экологии, так как не выделяет вредных веществ.
Методы изготовления
Стандарты переработки высокомодульного полиэтилена определяются ГОСТом номер 16338-85. Он предполагает создание этилена под воздействием металлоценовых катализаторов. Обработка осуществляется разными способами.
Прессование горячего типа и спекание
Таким образом делают монолитные конструкции, цилиндры и пласты. Далее их обрабатывают механически, чтобы сделать разные детали, строганую ленту. Сначала порошок-полимер подвергается холодному прессованию, затем технология предполагает спекание на температуре 200 градусов. Так получаются заготовки — блоки, пласты и другие.
Плунжерная экструзия
Сначала исходное сырье плавится на высокой температуре и становится однородной массой, похожей на резину. Затем из него разными устройствами с насадками выдавливают трубы, стержни, ленты.
Гель-прядение
Это самый популярный способ обработки. Переработка осуществляется в несколько этапов. Сперва сырье растворяют в парафиновом масле, получившееся вещество продавливается через тонкие отверстия, как из мясорубки, и попадает в воду. Так получаются волокна, которые будут обжигать в специальной печи, параллельно вытягивая и удаляя растворители из общей массы. Полученное волокно обладает высочайшей прочностью.
Где и как используется?
Применение сверхвысокомолекулярного полиэтилена — это самый интересный вопрос. Возможно, ты с ним регулярно сталкиваешься, но просто не знаешь, что это именно он. Применение достаточно обширное. Благодаря тому, что по качеству материал приравнивается к некоторым маркам стали, его используют в качестве замены высоколегированной стали, цветных металлов и прочих материалов.
Перечислим сферы, в которых этот материал получил наибольшее распространение.
Медицина
В медицинской сфере нужны прочные материалы, обладающие высокими гигиеническими свойствами. В первую очередь для изготовления прочных, безопасных для здоровья и долговечных имплантов. Высокомодульный полиэтилен применяется для этого с 1962 года. На сегодняшний день из него успешно делают зубные импланты в стоматологии, изготавливают протезы-заменители тазобедренного сустава для хирургии. Также вещество используется в ортопедии, из него делают приспособления, которые должны обладать повышенной жесткостью.
Пищевая, химическая, легкая промышленность
Нашел применение в следующем: его используют для производства оборудования и комплектующих для него в пищевом сегменте. Также сверхвысокомодульный полиэтилен идет на производство емкостей, цистерн и бочек. В них можно хранить вещества с агрессивными химическими свойствами. В легкой промышленности идет на производство флаконов для косметических средств и бытовой химии.
Военное дело
Из таких высокопрочных волокон делают средства индивидуальной защиты, в основном каски и бронежилеты. Такие используют сотрудники служб специального назначения. Весомое преимущество такой защиты в том, что она очень мало весит, но при этом защищает от огнестрельного оружия. Еще одно применения в военной промышленности — создание брони для спецтехники.
Машиностроение
В этой отрасли необходимы прочные материалы для создания деталей, пригодных для работы в масляной и гидравлической среде. Из высокомодульного полиэтилена делают втулки, подшипники, разные шестеренки, вкладыши, они выходят очень прочными к механическому воздействию. PE-1000 применим для выпуска деталей пневмо установок, работающих под высоким давлением.
Оборудование для спорта
В спортивной индустрии его очень много. Присутствует в лыжах, сноубордах, оборудовании для альпинистов, костюмах для фехтовальщиков. Используется при создании детских спортивно-игровых комплексов, выпуска самого разнообразного инвентаря для детей и взрослых.
Также сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности встречается и в быту. Из него делают товары для цветоводства, садовый инвентарь, оборудование для ванных комнат, мебель, детские игрушки. Он присутствует даже в сложной технике, например, в каждом смартфоне.
