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【摘 要】超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是指分子量在100万～500万以上的线型结构聚乙烯，与普通聚乙烯具有相同的分子结构。但UHMWPE由于其巨大的分子量，使之具有一些普通PE、其它工程塑料和一些金属材料所不及的优异的综合性能。为此，本文阐述了超高分子量聚乙烯板材的基本性能，并介绍了其在各种料仓的应用情况。
【关键词】耐磨性;应用
0.前言
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为表面润滑材料,有其特殊的耐磨性,极低的摩擦系数,耐冲击和优异的防腐蚀等综合性能,是迄今为止许多材料所不及的。可作为物料仓斗和滑槽,落煤管,受料槽的衬里材料。近几年来受到国内外相关行业的重视与关注,并逐步在电厂、钢铁、码头及矿山企业等行业中推广使用。
1.UHMWPE的基本性能
1.1极强的耐磨性
UHMWPE 制品的独特分子结构,使它具有极高的抗滑动摩擦能力。耐磨性高于一般的金属和塑料制品,约为碳钢的6.6倍、不锈钢的5.5倍、黄铜的27.3倍、酚醛树脂的17.9倍、尼龙六六的6倍、聚四氟乙烯的5倍。高耐磨性大幅度提高了材料的使用寿命。
1.2极高的耐冲击性
UHMWPE 的抗冲击性和吸收冲击能居塑料之首，约为聚碳酸酯的2倍, ABS的5倍, 聚甲醛和PBT的10余倍。无论外力强冲击,還是内压力波动,都难以使其开裂。特别是在低温环境下,其耐冲击强度反而达到最高值。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,该品按照GB1843 标准,进行悬臂梁冲击试验达到无破坏。值得指出的是, 它在液氮温度(-296℃)下也能保持优异的冲击强度。其冲击强度起先随分子量的增大而提高, 在分子量为250万左右达到最大值, 其后随分子量的升高而逐渐下降。
1.3优异的自润滑性能摩擦系数小
摩擦系数为0．07-0.11仅为钢板的1／3 当它以滑动或转动形式工作时，比钢和黄铜添加润滑油后的润滑性还要好。在水润滑条件下其动摩擦系数比尼龙66和聚甲醛低50％。在无润滑条件下仅次于塑料中自润滑性最好的聚四氟乙烯。在摩擦学领域被评价为“成本／性能非常理想”的摩擦材料。其表面自由能很低，即表面吸附力非常微弱，因而抗黏附能力很高，仅次于塑料中不黏性最好的聚四氟乙烯，因此，制品表面不会黏附异物，可用于生产防止物料黏、挂壁之设备部件。
1.4优良的憎水性
UHMWPE的吸水性极低，一般低于0．01％ ，几乎是不吸水的，在水中不膨胀，吸水率仅为尼龙66的1％，是工程塑料中吸水率最小的一种，所以在成型加工前不必进行干燥处理。
1.5高拉伸强度
由于UHMWPE 具有超拉伸取向必备的结构特征, 所以有无可匹敌的超高拉伸强度, 因此可通过凝胶纺丝法制得超高弹性模量和强度的纤维, 其拉伸强度高达3～315GPa, 拉伸弹性模量高达100～125GPa；纤维比强度是迄今已商品化的所有纤维中最高的, 比碳纤维大4倍, 比钢丝大10倍, 比芳纶纤维大50%。
1.6耐低温性能
超高分子量聚乙烯具有非常优良的耐低温性能, 是所有塑料中最佳的, 其耐冲击性、耐磨性在零下269℃时基本不变,是目前唯一可以在接近绝对零度的温度下工作的一种工程塑料。即使在液氮温度( -296℃)下仍具有延展性, 因而可用于低温部件和管道以及核工业的耐低温部件。
1.7耐化学药品性能
超高分子量聚乙烯具有优良耐化学药品性能。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。在温度小于80℃的浓盐酸、浓度小于75%的硫酸、浓度小于20%的硝酸中性能相当稳定,施工中不需要涂刷防腐涂料。
1.8表面非附着性
UHMWPE制品由于摩擦系数小和无极性,因此具有很好的表面非附着性。现有的材料一般在pH值9以上的介质中均会结垢,UHMW2PE制品则不结垢,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。
2.超高分子量聚乙烯板材在料仓中的应用
超高分子量聚乙烯板是最合适的料仓、溜槽内衬材料，在贮仓、料箱、料斗或其他容器的散装物料以及这些物料在溜槽、漏斗、输送溜槽和相类似设备的储存和运输过程中，通常由于物料结块、架桥或冻结而受阻，形成漏斗状流动、沟状流动等，严重时形成结拱堵塞、架桥堵塞，结果导致生产环节停顿，浪费能源并涉及生产的一系列的安全问题，解决这些难题耗费大量的资金和宝贵的生产时间。国内外解决这种问题已有多年经验，采用UHMWPE材料做内衬是解决该类问题的最合适形式，而且已得到广泛使用并取得了良好效果。
2.1料斗等散料输送设备堵塞原因分析：
（1）料仓仓体壁倾角太小，下出料口尺寸过于狭小，影响物料顺利流动，容易造成散料堵塞。
（2）散料粘结在料仓壁上使料仓逐渐缩小，容易出现漏斗状流动或篷堵、块煤卡堵事故，使料仓失去存储和调节作用。
（3）物料体积较大彼此交错或有超长异物夹杂而形成堵仓。
（4）以粉料输送为主的料仓，含有一定水份的散料在仓内储存时间较长时，容易压实结拱堵塞。
（5）在寒冷地区的企业冬季若防寒措施有限，容易发生含水份的物料和仓壁冻结在一起而造成的堵仓。
以上堵仓故障发生最多的是仓壁粘料，其主要原因有：仓壁摩擦系数大吸水性强、物料粒度小（如煤粉0.5mm以下含量增多时粘结力会急剧增大）含水份（原煤水份在4-12%时最容易发生粘结），仓中储料后下部料受上部料的压实，加剧了料仓的粘结。
2.2采用超高分子量聚乙烯衬板的优点
（1）高耐磨和极低摩擦系数，防止物料流动受阻。
（2）几乎不吸水性。它不被水所湿润，不受物料湿度的影响。因此物料不会粘在内衬壁上，即使特别露天作业，也不会因温度太低而造成湿的物料和容器的壁冻结在一起。
（3）符合卫生标准。UHMW-PE为无臭、无味、无毒的材料，所以允许它用与食品和药品接触的场合。
由于UHMW-PE材料具有上述优点，因而用这种材料内衬可以有效地避免散装物料在料仓、溜槽、和漏斗中流动受阻，可以稳定地连续流动。尤其是细小的散装物料颗粒在储存、输送时，采用UHMW-PE材料衬里就更加经济和有效，因为细小的散装物料颗粒通常是随着细度和水分的增加而结块和架桥现象也越趋严重。
3.超高分子量聚乙烯板材的其他应用领域
3.1造纸工业
真空箱面板、脱水板、刮板、密封条、切纸机轴套等。
3.2饮料食品机械
利用耐磨性、耐冲击性、不粘结、卫生无毒性，制作工作板、输送、齿轮等。
3.3水处理
污水处理厂的污泥刮板、螺旋输送机衬板、泥浆泵叶轮、泵轴套、澄清装置齿轮和沉淀池的衬板等。
3.4纺织机械
利用抗冲击性、耐磨性和自润滑性，如36齿轮、梭弹架机缓冲挡板、轴承衬瓦等。
3.5医疗器械
人体植入物、人造关节、矫形外科器械和支架、外科手术器。
3.6汽车制造
超高分子量聚乙烯制品不仅能够减少零件数量，在降低噪声方面也起到了很好的作用。生产厂家应利用超高分子量聚乙烯制品成型的特点，尽量是多个零件一体化，减少数目，设法达到一次成型复杂零件的目的。汽车超高分子量聚乙烯的使用量每年呈增长趋势。
4.结语
UHMWPE板材性能价格比优越，广泛应用于我国的各大领域，解决了这些部位长期存在的磨损快、物料流动性差等问题，被科研和设计部门认为是目前解决物料粘接、磨损等问题的最佳工程衬板，并向所在行业大力推广。由于UHMWPE板材具有卓越的性能，因此开发高附加值的板材产品，使其应用领域更加广阔，其经济效益和社会效益会更好。
【关键词】耐磨性;应用
0.前言
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为表面润滑材料,有其特殊的耐磨性,极低的摩擦系数,耐冲击和优异的防腐蚀等综合性能,是迄今为止许多材料所不及的。可作为物料仓斗和滑槽,落煤管,受料槽的衬里材料。近几年来受到国内外相关行业的重视与关注,并逐步在电厂、钢铁、码头及矿山企业等行业中推广使用。
1.UHMWPE的基本性能
1.1极强的耐磨性
UHMWPE 制品的独特分子结构,使它具有极高的抗滑动摩擦能力。耐磨性高于一般的金属和塑料制品,约为碳钢的6.6倍、不锈钢的5.5倍、黄铜的27.3倍、酚醛树脂的17.9倍、尼龙六六的6倍、聚四氟乙烯的5倍。高耐磨性大幅度提高了材料的使用寿命。
1.2极高的耐冲击性
UHMWPE 的抗冲击性和吸收冲击能居塑料之首，约为聚碳酸酯的2倍, ABS的5倍, 聚甲醛和PBT的10余倍。无论外力强冲击,還是内压力波动,都难以使其开裂。特别是在低温环境下,其耐冲击强度反而达到最高值。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,该品按照GB1843 标准,进行悬臂梁冲击试验达到无破坏。值得指出的是, 它在液氮温度(-296℃)下也能保持优异的冲击强度。其冲击强度起先随分子量的增大而提高, 在分子量为250万左右达到最大值, 其后随分子量的升高而逐渐下降。
1.3优异的自润滑性能摩擦系数小
摩擦系数为0．07-0.11仅为钢板的1／3 当它以滑动或转动形式工作时，比钢和黄铜添加润滑油后的润滑性还要好。在水润滑条件下其动摩擦系数比尼龙66和聚甲醛低50％。在无润滑条件下仅次于塑料中自润滑性最好的聚四氟乙烯。在摩擦学领域被评价为“成本／性能非常理想”的摩擦材料。其表面自由能很低，即表面吸附力非常微弱，因而抗黏附能力很高，仅次于塑料中不黏性最好的聚四氟乙烯，因此，制品表面不会黏附异物，可用于生产防止物料黏、挂壁之设备部件。
1.4优良的憎水性
UHMWPE的吸水性极低，一般低于0．01％ ，几乎是不吸水的，在水中不膨胀，吸水率仅为尼龙66的1％，是工程塑料中吸水率最小的一种，所以在成型加工前不必进行干燥处理。
1.5高拉伸强度
由于UHMWPE 具有超拉伸取向必备的结构特征, 所以有无可匹敌的超高拉伸强度, 因此可通过凝胶纺丝法制得超高弹性模量和强度的纤维, 其拉伸强度高达3～315GPa, 拉伸弹性模量高达100～125GPa；纤维比强度是迄今已商品化的所有纤维中最高的, 比碳纤维大4倍, 比钢丝大10倍, 比芳纶纤维大50%。
1.6耐低温性能
超高分子量聚乙烯具有非常优良的耐低温性能, 是所有塑料中最佳的, 其耐冲击性、耐磨性在零下269℃时基本不变,是目前唯一可以在接近绝对零度的温度下工作的一种工程塑料。即使在液氮温度( -296℃)下仍具有延展性, 因而可用于低温部件和管道以及核工业的耐低温部件。
1.7耐化学药品性能
超高分子量聚乙烯具有优良耐化学药品性能。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。在温度小于80℃的浓盐酸、浓度小于75%的硫酸、浓度小于20%的硝酸中性能相当稳定,施工中不需要涂刷防腐涂料。
1.8表面非附着性
UHMWPE制品由于摩擦系数小和无极性,因此具有很好的表面非附着性。现有的材料一般在pH值9以上的介质中均会结垢,UHMW2PE制品则不结垢,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。
2.超高分子量聚乙烯板材在料仓中的应用
超高分子量聚乙烯板是最合适的料仓、溜槽内衬材料，在贮仓、料箱、料斗或其他容器的散装物料以及这些物料在溜槽、漏斗、输送溜槽和相类似设备的储存和运输过程中，通常由于物料结块、架桥或冻结而受阻，形成漏斗状流动、沟状流动等，严重时形成结拱堵塞、架桥堵塞，结果导致生产环节停顿，浪费能源并涉及生产的一系列的安全问题，解决这些难题耗费大量的资金和宝贵的生产时间。国内外解决这种问题已有多年经验，采用UHMWPE材料做内衬是解决该类问题的最合适形式，而且已得到广泛使用并取得了良好效果。
2.1料斗等散料输送设备堵塞原因分析：
（1）料仓仓体壁倾角太小，下出料口尺寸过于狭小，影响物料顺利流动，容易造成散料堵塞。
（2）散料粘结在料仓壁上使料仓逐渐缩小，容易出现漏斗状流动或篷堵、块煤卡堵事故，使料仓失去存储和调节作用。
（3）物料体积较大彼此交错或有超长异物夹杂而形成堵仓。
（4）以粉料输送为主的料仓，含有一定水份的散料在仓内储存时间较长时，容易压实结拱堵塞。
（5）在寒冷地区的企业冬季若防寒措施有限，容易发生含水份的物料和仓壁冻结在一起而造成的堵仓。
以上堵仓故障发生最多的是仓壁粘料，其主要原因有：仓壁摩擦系数大吸水性强、物料粒度小（如煤粉0.5mm以下含量增多时粘结力会急剧增大）含水份（原煤水份在4-12%时最容易发生粘结），仓中储料后下部料受上部料的压实，加剧了料仓的粘结。
2.2采用超高分子量聚乙烯衬板的优点
（1）高耐磨和极低摩擦系数，防止物料流动受阻。
（2）几乎不吸水性。它不被水所湿润，不受物料湿度的影响。因此物料不会粘在内衬壁上，即使特别露天作业，也不会因温度太低而造成湿的物料和容器的壁冻结在一起。
（3）符合卫生标准。UHMW-PE为无臭、无味、无毒的材料，所以允许它用与食品和药品接触的场合。
由于UHMW-PE材料具有上述优点，因而用这种材料内衬可以有效地避免散装物料在料仓、溜槽、和漏斗中流动受阻，可以稳定地连续流动。尤其是细小的散装物料颗粒在储存、输送时，采用UHMW-PE材料衬里就更加经济和有效，因为细小的散装物料颗粒通常是随着细度和水分的增加而结块和架桥现象也越趋严重。
3.超高分子量聚乙烯板材的其他应用领域
3.1造纸工业
真空箱面板、脱水板、刮板、密封条、切纸机轴套等。
3.2饮料食品机械
利用耐磨性、耐冲击性、不粘结、卫生无毒性，制作工作板、输送、齿轮等。
3.3水处理
污水处理厂的污泥刮板、螺旋输送机衬板、泥浆泵叶轮、泵轴套、澄清装置齿轮和沉淀池的衬板等。
3.4纺织机械
利用抗冲击性、耐磨性和自润滑性，如36齿轮、梭弹架机缓冲挡板、轴承衬瓦等。
3.5医疗器械
人体植入物、人造关节、矫形外科器械和支架、外科手术器。
3.6汽车制造
超高分子量聚乙烯制品不仅能够减少零件数量，在降低噪声方面也起到了很好的作用。生产厂家应利用超高分子量聚乙烯制品成型的特点，尽量是多个零件一体化，减少数目，设法达到一次成型复杂零件的目的。汽车超高分子量聚乙烯的使用量每年呈增长趋势。
4.结语
UHMWPE板材性能价格比优越，广泛应用于我国的各大领域，解决了这些部位长期存在的磨损快、物料流动性差等问题，被科研和设计部门认为是目前解决物料粘接、磨损等问题的最佳工程衬板，并向所在行业大力推广。由于UHMWPE板材具有卓越的性能，因此开发高附加值的板材产品，使其应用领域更加广阔，其经济效益和社会效益会更好。