البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي

تطبيق

في الشؤون العسكرية: صنع الدروع الواقية للبدن على أساس ألياف UHMWPE (سترات واقية من الرصاص ، وسترات واقية من الرصاص) من فئات الحماية المختلفة ، والخوذات. عند تصنيع الأقمشة من ألياف UHMWPE ، يتم تطبيقها بزوايا مختلفة (نسيج متعدد المحاور من طبقات UD - قشرة أحادية الاتجاه أحادية الاتجاه) ، مما يزيد من قوة الحزمة متعددة الطبقات.

• في الهندسة الميكانيكية (ماكينات الورق ، إلخ): معامل احتكاك المنتجات ومقاومة التآكل لـ UHMWPE قريب من معامل البلاستيك الفلوري ، بتكلفة أقل بكثير. تُستخدم أجزاء UHMWPE للأختام في الأنظمة الهيدروليكية والهوائية ووحدات الاحتكاك الجاف.
• في الهندسة الكهربائية: العوازل ، عزل الكابلات ، إلخ.
• في النقل ، وبناء السفن: ألواح UHMWPE مبطنة بممرات حوض بناء السفن. تستخدم الحبال والحبال في أجهزة الجر والتثبيت والتثبيت على السفن: في نفس الوقت ، تكون قوة ومقاومة التآكل لهذه الحبال لكل وحدة كتلة أعلى من تلك الموجودة في بعض درجات الصلب ، ولا تتغير خصائصها عند البلل ، مثل هذه الحبال لا تغرق في الماء ولا تحتاج للتزييت ... الكابلات المعروفة بشكل خاص هي الكابلات المصنوعة من ألياف UHMWPE "Dyneima" ("DSM" ، هولندا) ، "Spectra" ("Honiwell" ، الولايات المتحدة الأمريكية).
• في الألعاب الرياضية: حماية ضد الضربات في السياج وخطوط المظلات وخطوط الصيد وحبال تسلق الجبال وفي صناعة الزلاجات وألواح التزلج (بالاقتران مع ألياف الكربون ، وزيادة القوة والمرونة) ، والجليد الاصطناعي (تغطية الرياضات الجليدية: الهوكي ، الشباك) ...
• في الطب لإنشاء المفاصل الصناعية (الورك والركبة والفقرات). هنا ، يتم استخدام UHMWPE "المخيط" بشكل أساسي.
• مركب على أساس حبيبات UHMWPE ، UHMWPE. التركيبة مخصصة للاستخدام في آلات اللدائن الحرارية كبوليمر رئيسي أو مادة مضافة تزيد من مقاومة التآكل ومقاومة الكسر ومتانة الكسر وموثوقية درجات الحرارة المنخفضة والمقاومة الكيميائية. حبيبات UHMWPE: صفائح ، ألواح ، ألواح ، غشاء ، أنابيب ، غمد لمنتجات الكابلات ، قطاع جانبي.
• أنبوب UHMWPE. هذه أنظمة خطوط أنابيب مقاومة للاهتراء لعمليات محددة لنقل المواد الكاشطة: المعادن ، والفحم ، والأعلاف ، والنفايات ؛ خطوط الأنابيب داخل المصنع للنفايات ، والمعلقات ، والمعاجين ، وما إلى ذلك ، من التيارات التكنولوجية.
• تُستخدم أقمشة UHMWPE أيضًا لإنتاج قفازات مقاومة للإصابة في الرياضة والطب والصناعة (قفازات مقاومة للقطع ، قفازات مقاومة للاهتراء).

المميزات والعيوب

تحتوي المادة على عدد من المزايا المهمة. المزايا الرئيسية هي كما يلي:

• مقاومة ممتازة للتآكل والتآكل الميكانيكي ؛ البوليمر عالي الكثافة له مقاومة عالية للتأثير ؛
• مقاومة الشقوق والرقائق وأنواع التشوه الأخرى ؛
• مقاومة تقلبات درجة الحرارة ، بسبب السماح للمادة بالعمل في كل من مؤشرات درجات الحرارة المرتفعة للغاية والدنيا ؛
• مقاومة الرطوبة والمواد العدوانية (باستثناء المؤكسدات) ؛ تتحقق هذه الميزة بسبب عدم وجود مجموعات الأميدات أو الإسترات أو الهيدروكسيل في المادة ، والتي تكون عرضة للمواد العدوانية كيميائيًا ؛
• مقاومة الإشعاع الشمسي.
• خصائص صحية عالية - المواد ليست عرضة لهجمات الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض ؛ لا تتشكل الفطريات والعفن عليها ؛
• قدرة جيدة على العزل الكهربائي والعزل الكهربائي ؛
• يتميز البولي إيثيلين PE-500 بقدرة لحام ممتازة ؛
• مقاومة الإشعاع.

يعتبر البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي جديدًا نسبيًا.يتم إنتاجه من قبل شركتين محليتين (Tomskneftekhim و Kazanorgsintez). تكنولوجيا التصنيع معقدة ومكلفة ، مما يؤثر على تكلفة المنتج النهائي.

طرق المعالجة

يتم تصنيع البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي وفقًا للمعايير المقابلة لـ GOST 16338-85. يستخدم الإنتاج طريقة تخليق الإيثيلين تحت تأثير محفزات الميتالوسين. في الوقت الحالي ، هناك عدة طرق معروفة لمعالجة البوليمر.

التكلس والضغط على الساخن

بفضل هذه الطرق ، يتم الحصول على البولي إيثيلين المتآلف ذو الحجم الكبير والألواح والأسطوانات. في عملية التصنيع الإضافي ، يتم الحصول عليها من الشرائط المخططة والآليات المختلفة للمعدات. تتضمن تقنية الإنتاج الضغط البارد لمسحوق البوليمر إلى فراغات وتلبيدها اللاحق عند درجة حرارة +200 درجة. نتيجة للمعالجة الحرارية ، يتم الحصول على منتجات نصف منتهية - متراصة ، ألواح وكتل.

بثق المكبس

تتكون عملية الإنتاج من صهر المواد الخام عند درجات حرارة عالية إلى كتلة مطاطية متجانسة. منه باستخدام وحدات خاصة مع فتحات أو قضبان أو أنابيب أو أشرطة بأطوال مختلفة يتم ضغطها.

غزل جل

تتضمن تقنية التصنيع عدة مراحل: إذابة المادة الأولية في زيت البارافين وإجبار الكتلة الناتجة من خلال ثقوب رقيقة في الماء. نتيجة لذلك ، يتم الحصول على الخيوط ، والتي يتم حرقها لاحقًا في معدات الفرن مع سحب الألياف في وقت واحد وإزالة المواد المذيبة. عند معالجتها بغزل الهلام ، يتم الحصول على ألياف فائقة القوة.

الخصائص

نظرًا لتركيب الجزيئات ، فإن UHMWPE عبارة عن مادة لدن بالحرارة ذات نقطة انصهار منخفضة نسبيًا (135-190 درجة مئوية) ؛ لذلك ، لا يوصى بتشغيل منتجات UHMWPE عند درجات حرارة تتجاوز 80-100 درجة مئوية. عند تسخينه فوق نقطة الانصهار ، لا ينتقل UHMWPE إلى حالة التدفق اللزج ، ولكن فقط إلى حالة بلاستيكية عالية. سطح منتجات UHMWPE أملس الملمس.

يتميز UHMWPE بامتصاص منخفض جدًا للماء للمركبات البوليمرية العضوية ، في حدود 0.01-0.05٪ ، ويرجع ذلك إلى عدم وجود المجموعات القطبية (مجموعات استر ، أميد ، هيدروكسيل) في جزيئات UHMWPE. لذلك ، لا تتغير خصائص UHMWPE عند التعرض للماء (للمقارنة ، في Kevlar ، يتم تقليل القوة عند البلل بمقدار مرتين بسبب انتهاك روابط الهيدروجين الضعيفة لمجموعات الأميد ، عند التجفيف ، لا يتم استعادة القوة بالكامل ). كما أن UHMWPE مقاوم لمعظم الأحماض والقلويات والأشعة فوق البنفسجية وأشعة جاما والكائنات الحية الدقيقة.

تبلغ الثقل النوعي لـ UHMWPE النقي حوالي 0.93- 0.94 ، جم / سم مكعب مع إضافات - 0.95 جم / سم مكعب. نسبة مقاومة الشد إلى وزن UHMWPE أعلى بنسبة 40٪ من مركبات الأراميد مثل الكيفلار. في حالة وجود حمل ثابت طويل المدى يعمل على التوتر ، فإن UHMWPE يتشوه أثناء وجود إجهاد ميكانيكي (تسمى هذه الخاصية الزحف).

يتميز UHMWPE بمرونة عالية بما فيه الكفاية في الانحناء - حوالي 1 جيجا باسكال وكسر شد أو ثني إجهاد من 20-40 ميجا باسكال (حوالي 4 كجم ق / مم 2) ، وبالتالي يكون أقل شأنا في كسر الضغوط لأفضل سبيكة عالية منخفضة الكربون عالية - فولاذ نقاوة 50-100 مرة ، ومعامل المرونة - 200 مرة (على سبيل المثال ، أداة الصلب 4X5MFS بعد المعالجة الحرارية الميكانيكية ذات درجة الحرارة المنخفضة أو تشكيل ausforming له إجهاد كسر σ_ب≈250 كجم / مم² ونقطة المحصول σ_0,2≈180-230 كجم / مم²). ومع ذلك ، بسبب الكثافة المنخفضة ، 8-8.5 مرات أقل من الفولاذ ، وقوة الإجهاد العالية (التحمل) ، يمكن لمنتجات UHMWPE أن تتنافس في القوة / الوزن الثقيل مع المنتجات المصنوعة من الفولاذ الهيكلي منخفض القوة بل وتتفوق عليها.

الخصائص الرئيسية لـ UHMWPE ، التي تحدد استخدامها ، هي مقاومة التآكل العالية جدًا ، ومعامل الاحتكاك المنخفض والمتانة العالية للكسر (موثوقية درجات الحرارة المنخفضة). لذلك ، من حيث مقاومة التآكل ، يتفوق UHMWPE على Teflons وحتى الفولاذ الكربوني من حيث مقاومة التآكل لـ UHMWPE في درجات حرارة تشغيل مقبولة وبعض المواد الكاشطة. معامل الاحتكاك لـ UHMWPE (على الفولاذ) حوالي 0.1. معامل صلابة التأثير - 170 كيلو جول / م 2 (مع درجة - تصل إلى 80 كيلو جول / م 2) ، ودرجات حرارة التشغيل - من 150 درجة مئوية تحت الصفر أو حتى 260 درجة مئوية تحت الصفر (وفقًا لمصادر أخرى - من 80 درجة مئوية تحت الصفر) إلى 80 زائد -90 درجة مئوية.

ما هذا؟

تنتمي هذه المادة إلى أحد أنواع الإيثيلين البلاستيكي المبلمر. ميزته هي روابط جزيئية خطية مستطيلة موجهة في نفس الاتجاه. تتميز هذه الدوائر بإدراك أفضل ونقل الأحمال.

في المظهر ، يشبه البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي البلاستيك. إنه صلب وعديم الرائحة ولا يحتوي على مواد سامة. يتم إنتاج المادة عن طريق تخليق محفزات الإيثيلين والميتالوسين في محطات الضغط المنخفض. في مرحلة الإنتاج ، يضاف لون إلى المواد الخام لإعطاء لون الإيثيلين المبلمر.

ينتج المصنعون أيضًا بوليمر بوزن جزيئي مرتفع للغاية (وزن جزيئي مرتفع للغاية) بوزن جزيئي يزيد عن 10000000 وحدة. (PE-1000). من حيث خصائص القوة ، فهي تتفوق عدة مرات على بعض درجات الكربون والفولاذ المقاوم للصدأ.

خصائص وخصائص المواد

يحتوي البولي إيثيلين عالي القوة على سلاسل جزيئية طويلة تكاد تكون موازية لبعضها البعض. توفر هذه الميزة الهيكلية مؤشرات قوة عالية. ومع ذلك ، تنشأ روابط ضعيفة بين بعض الجزيئات ، ولهذا السبب لا يمكن تسمية المادة بأنها مقاومة للحرارة. درجات حرارة التشغيل تصل إلى + 100 درجة مئوية. مع زيادة مؤشرات درجة الحرارة إلى +140 درجة ، يذوب البوليمر ويتحول إلى كتلة لزجة.

يحتوي البوليمر PE-1000 على الخصائص التقنية التالية:

• امتصاص الماء - 0.01-0.05٪ ؛
• الجاذبية النوعية - 0.93-0.94 جم / سم مكعب ؛
• معامل الانحناء - لا يزيد عن 1 جيجا باسكال ؛
• معامل الاحتكاك حوالي 0.1 ؛
• معامل قوة التأثير - 160-170 كيلوجول / متر مربع ؛
• استطالة الانحناء - 8-10٪ ؛
• مقاومة السطح - 1014 أوم.

التطبيقات

نظرًا لخصائصه الفريدة ، يتم استخدام البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي في مختلف المجالات. غالبًا ما يتم استخدامه كنظير ، لتحل محل مختلف المعادن غير الحديدية والفولاذ عالي السبائك والمواد الأخرى.

في الطب

تم استخدام البوليمر شديد القوة لتصنيع الغرسات منذ عام 1962. اليوم ، يتم استخدامه في صناعة الأطراف الاصطناعية لمفاصل الورك في الجراحة وزراعة الأسنان في طب الأسنان. يتم استخدام المواد في صناعة منتجات تقويم العظام المختلفة.

في الصناعات الكيماوية والغذائية والخفيفة

يتم استخدام المواد لتصنيع المعدات والمكونات الخاصة بإنتاج الأغذية ، وحاويات التخزين ونقل المواد العدوانية كيميائياً ، وزجاجات مستحضرات التجميل ، والبراميل ، والخزانات.

في الصناعة العسكرية

تستخدم ألياف البوليمر القوية لتصنيع معدات الحماية الشخصية لأفراد الأمن. على وجه الخصوص ، تصنع منها السترات الواقية من الرصاص والخوذات. الدرع الناتج خفيف الوزن ، لكنه في نفس الوقت يحمي بشكل موثوق من جروح الرصاص. وأيضًا بمساعدة هذا البوليمر ، يتم تسليح المعدات الخاصة.

في الهندسة الميكانيكية

يستخدم البولي إيثيلين عالي القوة لتصنيع الأجزاء العاملة في البيئات الهيدروليكية أو الزيتية. يتم استخدامه لإنتاج المحامل والبطانات والبطانات والتروس - الأجزاء المعرضة لدرجة عالية من التآكل الميكانيكي. قطع غيار التركيبات الهوائية مع زيادة ضغط العمل مصنوعة من البوليمر الثقيل PE-1000.

السلع والمعدات الرياضية

يتم استخدام المواد في تصنيع بدلات المبارزة والزي الرسمي لتسلق الجبال والزلاجات وألواح التزلج على الجليد.

العديد من السلع الاستهلاكية مصنوعة من بوليمر عالي القوة. وتشمل زراعة الزهور ومفروشات الحمامات والأدوات المنزلية وأدوات الحدائق. يتم استخدامه لإنتاج الأثاث ولعب الأطفال والمراحيض المتنقلة ومعدات ترتيب ملاعب الأطفال.

يمكنك معرفة المزيد من المعلومات المفيدة حول البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي من الفيديو.