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超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)是指相对分子质量超过1×106的PE,目前市场上推广应用的UHMWPE主要有树脂和纤维两种形式,其相对分子质量大多在3×106~6×106之间。
UHMWPE树脂:性能可与工程塑料媲美
超高的相对分子质量使其集中了所有工程塑料的绝大部分优点,同时又具备其他塑料无法比拟的耐磨性、耐冲击、耐腐蚀、耐低温、卫生无毒等性能。
UHMWPE树脂母粒经过压制烧结成型、挤出成型、注塑成型、吹塑成型等各种不同的工艺,可制成各种形式的UHMWPE制品。UHMWPE树脂具有极佳的抗冲击性、耐磨损性、耐化学腐蚀性、耐低温性、耐候性、耐应力开裂性、抗粘附、自身润滑性等优异性能,广泛地应用于化工、纺织、医学、建筑、冶金、矿业、水利、煤炭、电力等领域。
UHMWPE树脂通常有以下4种加工工艺:
(1) 通过压制烧结或挤出成型制成的UHMWP树脂板材,利用其不粘结性,可用作电力、水泥、冶金等行业的铁粉仓、粘土仓、混料仓等各种料仓以及翻斗车内衬,帮助物料顺利流动,不发生堵塞现象。
(2) 采用烧结压铸工艺研制出的过滤板,具有过滤效率高、过滤质量好、使用寿命长、易于装配、易于拆卸、易于清洗等优点,可用于制作UHMWPE微孔膜空心过滤板。
(3) 木塑复合材料添加UHMWPE树脂能大幅提高板材的弯曲模量,从而提高木塑复合材料韧性。
(4) UHMWPE树脂具有极低的介电常数,较低的密度、极低的介电系数和优异的耐气候性,可应用于电子通讯领域。
全球每年UHMWPE树脂的需求量约为19万吨
据不完全统计,2015年国外UHMWPE树脂产能和需求量分别约16万吨/年和14万吨/年;国内产能在5万吨/年左右,需求量在4万吨/年左右。随着制造业对材料的特性要求越来越高,UHMWPE树脂以其优异的特性,有着较为广阔的市场前景。
UHMWPE纤维:目前世界上强度最高、比重最轻的纤维
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是由相对分子质量在100万-500万的聚乙烯树脂所纺出的纤维,于20世纪70年代末最先由荷兰DSM公司实现商业化,作为当今世界三大高科技纤维(碳纤维、芳纶和超高分子量聚乙烯纤维)之一,具有以下优异特性:超高强度 、质量轻、耐冲击性能好、电绝缘性好、 导热性能佳 、耐化学腐蚀、抗紫外性能佳,是目前世界上强度最高、比重最轻的纤维,比钢丝高十多倍,比芳纶等材料轻40%。UHMWPE纤维的缺点是耐热性较低,在应力下的熔融稳定温度为145-160℃,压缩性较差,有可燃性并存在一定蠕变性。
超高分子量聚乙烯纤维相对成熟的工业化生产技术是凝胶纺丝-热拉伸法,根据使用的溶剂不同,可以分为:干法纺丝(以十氢萘等高挥发性物质作溶剂,以DSM/TOYOBO等公司为代表)和湿法纺丝(以矿物油、白油等低挥发性物质作溶剂,以Honeywell/三井化学为代表)。
连续长丝和短切纤维为UHMWPE纤维的主要应用形式
目前UHMWPE纤维主要以连续长丝和短切纤维两种形式应用于复合材料领域,主要应用领域:UHMWPE连续长丝具有优良的耐冲击和抗切割性能,密度小,穿着轻便舒适,大量应用于制造防护类装备。
UHMWPE纤维复合材料的比强度和比模量高,韧性和抗冲击性能好,大量应用于制造运动器械,量轻且结实耐用。UHMWPE纤维的断裂强度和弹性模量高,密度和伸长较小,在水中的自由断裂长度为无限长,适用于海洋用绳、渔网等。
专家预测,未来5年和10年内世界UHMWPE纤维的需求量将分别在6万吨和10万吨,国内UHMWPE纤维的需求量约1万吨。UHMWPE纤维产品生产技术被荷兰DSM、美国Honeywell与日本三井化学所垄断。其中DSM是世界上产量最高、质量最佳的制造商,约占国际市场的80%。
未来展望
超高分子量聚乙烯纤维属国家产业政策支持项目,《新材料产业“十二五”发展规划》在“发展重点”中将超高分子量聚乙烯纤维列为高性能增强纤维发展重点。
超高分子量聚乙烯纤维高利润时代已经过去,提高质量、降低成本、扩大规模是各企业考虑的重点。干法生产技术路线因其较好的环保价值和高质量产品,成为目前超高分子量聚乙烯纤维合成技术的主要研究方向,在国内具有很大的发展潜力。