Материал свмпэ что это

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:

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:

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

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.

Источник

Сферы применения

Машиностроение.

Детали бумагокартонноделательных машин, гонки для ткацких станков, лента для металлорежущих станков, направляющие станков, оборудование для горнорудной промышленности, для керамических производств, для авиастроения, вагоностроения, сельскохозяйственного машиностроения (прокладки, уплотнители, ролики, валики, вкладыши, втулки, муфты, блоки, винты, подшипники, шестеренки, зубчатые колеса и т.п.);

Химическая промышленность.

Облицовка и футеровка различных емкостей, машин и аппаратов; изготовление труб и фланцев, лопастей и валов мешалок, поплавков, прокладок и уплотнений, деталей клапанов, сальников и втулок для насосов; уплотнения между стеклянными и металлическими трубопроводами, фильтры для очистки от агрессивных сред, сепарационные материалы, производство ионитных формованных катализаторов;

Подъемно-транспортное оборудование.

Облицовка ковшов экскаваторов и щитов бульдозеров, направляющие устройства, ленты транспортеров, шнеки, цепные колеса, звездочки, ролики, диски, скребки и т.п.;

Судостроение.

Строительство.

Облицовка копров, покрытия дорожных катков, покрытия кузова для груза самосвала и т.п.;

Гальванотехника.

Ванны, барабаны, валки, направляющие;

Электротехника.

Изоляторы, опоры, кабелепроводы, детали прерывателей тока, изолирующие детали в диапазоне высоких и сверхвысоких частот, зажимы и оболочки кабелей, контактные вкладыши штепселей, каркасы катодных ячеек, детали оборудования для электронной и часовой промышленности и т.п.;

Криогенная техника.

Манжеты, поршневые кольца, прокладки, уплотнения;

Медицина.

Эндопротезы крупных суставов человека и животных и другие элементы внутреннего протезирования, ортопедические изделия;

Пищевая промышленность.

Оборудование для кондитерской, хлебобулочной, мясной и молочной промышленности, транспортирующие шнеки для фруктовой пульпы, направляющие и отводные ролики в машинах для заполнения бутылок и наклейки этикеток, разделочные доски для приготовления пищи;

Спортивные товары.

Ограждения хоккейных полей, синтетический каток – замена дорогостоящих холодильных установок для производства искусственного льда на быстромонтируемые СВМПЭ скользящие поверхности, защитные щитки, полозья саней, покрытия кегельбанов, скользящая поверхность лыж, подкладки под лыжные ботинки, чехлы для коньков, клюшки, каски, лодки, волокна для теннисных ракеток, лески для рыбной ловли;

Источник

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности, называемый также высокомодульным полиэтиленом, относится к группе термопластичных. Данный материал обладает рядом уникальных физико-механических свойств, выделяющих его среди других полимерных материалов на основе полиэтилена.

Основной особенностью СВМПЭ являются длинные линейные параллельно ориентированные цепочки полиэтилена со сверхвысокой массой молекул (до 6 млн.) и относительно слабыми связями между ними по сравнению, например, с кевларом, имеющим короткие молекулы и сильные связи между ними. Это способствует более эффективной передаче и распределению нагрузки на материал, что обеспечивает его высокую жесткость и ударопрочность, превосходящую по данному показателю любой другой термопластичный полиэтилен.

Обладая таким же коэффициентом трения, как и политетрафторэтилен (ПТФЭ), сверхмолекулярный полиэтилен гораздо более стоек к истиранию (в три раза выше фторопласта и в пять раз выше капролона), но при этом он менее теплостоек по сравнению с другими полимерами высокой плотности.

Простая структура высокомолекулярного полиэтилена практически не имеет боковых ответвлений и дополнительных двойных связей, не содержит сложных эфиров, амидов и других химических групп, вступающих в реакцию с агрессивными химическими веществами. Это обеспечивает его нетоксичность, высокую влагонепроницаемость, устойчивость к действию большинства химических веществ и ультрафиолетовому излучению.

Основные свойства СВМПЭ

К основным свойствам сверхвысокомолекулярного полиэтилена относится:

Использование СВМПЭ

Уникальные свойства сверхвысокомолекулярного полиэтилена позволяют использовать его в самых разнообразных сферах, в том числе в жестких и суровых условиях эксплуатации. При этом он может успешно применяться в качестве аналога, заменяющего другие дорогостоящие материалы (цветные металлы, легированные стали, фторопласт и др.).

Основные сферы применения высокомолекулярного полиэтилена:

Источник

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен

Применение

В военном деле: создание бронежилетов на основе волокон СВМПЭ (баллистические жилеты, пуленепробиваемые жилеты) различных классов защиты, шлемы. При изготовлении ткани из волокон СВМПЭ накладываются под разными углами (мультиаксиальная ткань из слоев однонаправленного шпона UD — UniDirectional), что увеличивает прочность многослойного пакета.

Преимущества и недостатки

Материал обладает рядом весомых достоинств. Основные преимущества заключаются в следующем:

Высокомолекулярный полиэтилен относительно нов. Его производством занимаются 2 отечественных предприятия («Томскнефтехим» и «Казаньоргсинтез»). Технология изготовления сложна и финансово затратна, что сказывается на стоимости готовой продукции.

Методы переработки

Высокомолекулярный полиэтилен изготавливается по стандартам, соответствующим ГОСТу 16338-85. При производстве используется метод синтеза этилена при воздействии металлоценовых катализаторов. На данный момент известно несколько способов переработки полимера.

Спекание и горячее прессование

Благодаря этим методам получают большеформатный монолитный полиэтилен, пластины и цилиндры. В процессе дальнейшей механической обработки из них получают строганую ленту, различные механизмы для оборудования. Технология производства подразумевает холодное прессование полимера-порошка в заготовки и их последующее спекание при температуре +200 градусов. В результате температурной обработки получаются полуфабрикаты – монолиты, пластины и блоки.

Плунжерная экструзия

Процесс производства заключается в плавлении исходного сырья при высоких температурах до однородной резинообразной массы. Из нее при помощи специальных агрегатов с насадками выдавливаются стержни, трубы или ленты различной длины.

Гель-прядение

Технология изготовления включает несколько этапов: растворение исходного сырья в парафиновом масле и продавливание полученной массы через тонкие отверстия в воду. В результате получаются нити, которые в дальнейшем проходят обжиг в печном оборудовании с одновременной вытяжкой волокон и удалением веществ-растворителей. При обработке гель-прядением получается сверхпрочное волокно.

Свойства

В связи со строением молекул СВМПЭ является термопластичным веществом с относительно невысокой температурой плавления (135—190 °С), поэтому изделия из СВМПЭ не рекомендуется эксплуатировать при температурах превышающих 80—100 °С. При нагревании выше температуры плавления СВМПЭ не переходит в вязкотекущее состояние, а лишь в высокопластичное. Поверхность изделий из СВМПЭ — гладкая на ощупь.

СВМПЭ обладает очень низким для органических полимерных соединений водопоглощением, в пределах 0,01—0,05 %, что обусловлено отсутствием в молекулах СВМПЭ полярных групп (сложноэфирных, амидных, гидроксильных группировок). Поэтому свойства СВМПЭ не изменяются при воздействии воды (для сравнения, у кевлара прочность при намокании уменьшается в 2 раза из-за нарушения слабых водородных связей амидных групп, при высыхании прочность восстанавливается не полностью). СВМПЭ также устойчивы к воздействию большинства кислот и щелочей, ультрафиолетового и гамма излучения и микроорганизмов.

Удельная плотность чистого СВМПЭ — примерно 0,93—0,94,г/см³ с добавками — 0,95 г/см³. Отношение предела прочности на разрыв к массе у СВМПЭ на 40 % больше, чем у арамидных соединений типа кевлара. При наличии долговременной статической нагрузки, действующей на растягивание, СВМПЭ деформируется пока существует механическое напряжение (такое свойство называется ползучестью).

СВМПЭ имеет достаточно высокий модуль упругости при изгибе — около 1 ГПа и разрушающее растягивающее или изгибное напряжение 20—40 МПа (

4 кгс/мм²), уступая, таким образом, по разрушающим напряжениям лучшим высоколегированным малоуглеродистым высокочистым сталям в 50—100 раз, а по модулю упругости — в 200 раз (например, инструментальная сталь 4Х5МФС после низкотемпературной термомеханической обработки или аусформинга имеет напряжение разрушения σ_b≈250 кгс/мм² и предел текучести σ_0,2≈180—230 кгс/мм²). Однако благодаря низкой плотности, в 8—8,5 раз меньшей, чем у сталей, и высокой усталостной прочности (выносливости), изделия из СВМПЭ могут конкурировать по показателю прочность/собственный вес с изделиями из низкопрочных конструкционных сталей и даже превосходить их.

Основные свойства СВМПЭ, обуславливающие его применение, — очень высокая износостойкость, низкий коэффициент трения и высокая вязкость разрушения (низкотемпературная надёжность). Так, по износостойкости СВМПЭ при допустимых для него температурах эксплуатации и некоторых абразивах превосходит тефлоны и даже углеродистые стали. Коэффициент трения СВМПЭ (по стали) — около 0,1. Коэффициент ударной вязкости — 170 кДж/м² (с надрезом — до 80 кДж/м²), рабочие температуры — от минус 150 °С или даже минус 260 °С (по другим данным — от минус 80 °С) до плюс 80—90 °С.

Что это такое?

Этот материал относят к одному из видов пластичного полимеризованного этилена. Его особенность – удлиненные линейные молекулярные связи, ориентированные в одном и том же направлении. Такие цепи отличаются лучшим восприятием и передачей нагрузок.

По внешнему виду высокомолекулярный полиэтилен напоминает пластик. Он твердый, без запаха, в его составе отсутствуют токсичные вещества. Материал производится методом синтеза этилена и металлоценовых катализирующих веществ на установках низкого давления. На стадии производства в сырье добавляют колер для придания полимеризованному этилену окраса.

Производители также выпускают сверхвысокомолекулярный (ультравысокомолекулярный) полимер с молекулярной массой более 10000000 ед. (PE-1000). По прочностным характеристикам он в несколько раз превосходит некоторые марки углеродистых и нержавеющих сталей.

Свойства и характеристики материала

Высокопрочный полиэтилен имеет длинные молекулярные цепи, расположенные практически параллельно относительно друг друга. Такая особенность строения обеспечивает высокие прочностные показатели. Однако между некоторыми молекулами возникают слабые связи, из-за чего материал нельзя назвать теплостойким. Его рабочие температуры – до +100°С. При повышении температурных показателей до +140 градусов полимер плавится и превращается в вязкую массу.

Полимер PE-1000 имеет следующие технические характеристики:

Сферы применения

Благодаря уникальным свойствам высокомолекулярный полиэтилен используют в различных сферах. Его нередко применяют как аналог, заменяющий различные цветные металлы, высоколегированные стали и другие материалы.

В медицине

Сверхпрочный полимер применяется для изготовления имплантов с 1962 года. Сегодня из него делают протезы для тазобедренных суставов в хирургии и зубных имплантов в стоматологии. Материал применяется для создания различных ортопедических товаров.

В химической, пищевой и легкой промышленности

Материал используется для изготовления оборудования и комплектующих для пищевого производства, емкостей для хранения и транспортировки химически-агрессивных веществ, флаконов для косметики, бочек, цистерн.

В военной отрасли

Прочные волокна полимера применяются для изготовления средств индивидуальной защиты для сотрудников спецслужб. В частности из них изготавливают бронежилеты, каски. Полученная броня имеет небольшой вес, но при этом она надежно защищает от пулевых ранений. А также при помощи этого полимера бронируют спецтехнику.

В машиностроении

Высокопрочный полиэтилен используется для изготовления запчастей, работающих в гидравлических или масляных средах. Из него производят подшипники, втулки, вкладыши, шестерни – детали, подверженные высокой степени механического истирания. Из сверхпрочного полимера PE-1000 изготавливают запчасти для пневмоустановок с повышенным рабочим давлением.

Спортивные товары и инвентарь

Материал используется при изготовлении костюмов для фехтования, альпинистского обмундирования, лыж, сноубордов.

Из высокопрочного полимера изготавливаются многочисленные товары народного потребления. К ним относят изделия для цветоводства и обустройства ванной комнаты, предметы домашнего обихода и садово-огородный инвентарь. Он применяется для производства мебели, детских игрушек, мобильных туалетов, инвентаря для обустройства детских игровых комплексов.

Ещё больше полезной информации о высокомолекулярном полиэтилене можно узнать из видео.

Источник