超高(gāo)分子量聚乙烯，英文名稱Ultra-High Molecular Weight Polyethylene（簡稱UHMWPE），是一種線型結構的具有(yǒu)優異綜合性能的熱塑性工程塑料，它的分子結構和(hé)普通(tōng)聚乙烯完全相同，在分子主鏈上(shàng)帶有(yǒu)（－CH2－CH2－）的鏈節，并具有(yǒu)106以上(shàng)極大(dà)的分子量。因其相對于其它工程材料而言，具有(yǒu)優異的耐磨性、自潤滑性和(hé)耐沖擊性等獨特性能而廣泛應用于通(tōng)用機械、農業機械、紡織機械、汽車(chē)、采礦、造紙、化工、食品工業等作(zuò)不粘、耐磨、低(dī)噪音(yīn)和(hé)自潤滑部件等領域。此外還(hái)可(kě)用作(zuò)特種薄膜、大(dà)型容器(qì)、大(dà)型異形管材和(hé)闆材等，用于貨物裝卸溜槽、漏鬥、貨倉的襯裏。

 

1.UHMWPE的基本性能

 

   超高(gāo)分子量聚乙烯一般是指相對分子質量在 100萬以上(shàng)的聚乙烯，德國生(shēng)産的超高(gāo)分子量聚乙烯相對分子質量早已高(gāo)達1000萬以上(shàng)。它具有(yǒu)以下優點：（1）耐磨損非常卓越，砂漿磨損試驗表明(míng)，比一般碳鋼和(hé)銅等金屬要耐磨數(shù)倍、比尼龍耐磨 4倍；（2）沖擊強度極高(gāo)，比 PA6和(hé) PP大(dà) 10倍；（3）能吸收震動沖擊和(hé)防噪聲；（4）摩擦系數(shù)很(hěn)低(dī)，遠較尼龍及其他塑料為(wèi)小(xiǎo)，能潤滑；（5）不易粘附異物，滑動時(shí)有(yǒu)極優良的抗粘着特性；（6）耐化學腐蝕，病可(kě)屏蔽原子輻射；（7）工作(zuò)溫度範圍可(kě)自 - 265℃到 +100℃，低(dī)溫到 - 195℃時(shí)，仍能保持很(hěn)好的韌性和(hé)強度，不緻脆裂；（8）無毒性、無污染、可(kě)再循環回收利用，和(hé)其他塑料相比有(yǒu)良好的熱穩定性和(hé)不吸水(shuǐ)性，能保持尺寸精度不變形；（9）成本低(dī)廉。因此在工程塑料中超高(gāo)分子量聚乙烯是綜合性能最佳的工程塑料，它幾乎集中了各種塑料的優點。事實上(shàng)，目前還(hái)沒有(yǒu)一種單純的高(gāo)分子材料兼有(yǒu)如此衆多(duō)的優異性能。但(dàn)它也有(yǒu)不足之處，主要在于耐溫性能差、硬度低(dī)、拉伸強度低(dī)以及阻燃性能差等。

 

2.UHMWPE曆史發展概況及現狀評述

 

   上(shàng)世紀30年代最早有(yǒu)人(rén)提出關于超高(gāo)分子量聚乙烯纖維的基礎理(lǐ)論，随後凝膠紡絲法和(hé)增塑紡絲法的出現使超高(gāo)分子量聚乙烯在技(jì)術(shù)上(shàng)取得(de)重大(dà)突破，UHMWPE于1958年由德國科學家(jiā)齊格勒博士首先研制(zhì)出來(lái)，到60年代末國外實現了工業化生(shēng)産，接着在上(shàng)世紀70年代，英國利茲大(dà)學的Capaccio和(hé)Ward首先研制(zhì)成功分子量為(wèi)10萬的高(gāo)分子量聚乙烯纖維。

 

我國是在1964年研制(zhì)成功并投入工業生(shēng)産；1975年荷蘭利用十氫萘做(zuò)溶劑發明(míng)了凝膠紡絲法（Gelspinning），成功制(zhì)備出了UHMWPE纖維，并于1979年申請(qǐng)了專利。此後經過十年的努力研究，證實凝膠紡絲法是制(zhì)造高(gāo)強聚乙烯纖維的有(yǒu)效方法，具有(yǒu)工業化前途。1983年日本采用凝膠擠壓超倍拉伸法，以石蠟作(zuò)溶劑，生(shēng)産超高(gāo)分子量聚乙烯纖維。

 

UHMWPE的發展十分迅速，80年代以前，世界平均年增長率為(wèi)8.5%，進入80年代以後，增長率高(gāo)達15%～20%，而我國的平均年增長率在30%以上(shàng)。1978年世界消耗量為(wèi)12，000～12，500噸，而到1990年世界需求量約5萬噸，其中美國占70%。2007-2009年中國逐步成為(wèi)世界工程塑料工廠，超分子量聚乙烯産業發展更是十分迅速。其中超高(gāo)分子量聚乙烯管材在2001年被科學技(jì)術(shù)部國科計(jì)字（2000）056号文件列為(wèi)國家(jiā)科技(jì)成果重點推廣計(jì)劃，屬化工類新材料、新産品。國家(jiā)計(jì)委科技(jì)部将超高(gāo)分子量聚乙烯管材列為(wèi)當前優先發展的高(gāo)科技(jì)産業重點領域項目。

 

随着應用領域的開(kāi)發和(hé)新技(jì)術(shù)水(shuǐ)平的不斷提高(gāo),超高(gāo)分子量聚乙烯的應用範圍不斷擴展, 需求也再不斷增大(dà)。由于現階段很(hěn)多(duō)超高(gāo)分子量聚乙烯高(gāo)端産品都用于軍事用途和(hé)高(gāo)科技(jì)領域發達國家(jiā)和(hé)少(shǎo)數(shù)幾個(gè)掌握核心技(jì)術(shù)的公司對超高(gāo)分子量聚乙烯催化劑的制(zhì)備技(jì)術(shù)嚴格保密，國內(nèi)外對于超高(gāo)分子量聚乙烯催化劑制(zhì)備方面的報道(dào)很(hěn)少(shǎo)。近年來(lái)随着超高(gāo)分子量聚乙烯民用方面用途的擴展, 超高(gāo)分子量聚乙烯催化劑方面的專利數(shù)量有(yǒu)所上(shàng)升,但(dàn)總體(tǐ)來(lái)說數(shù)量仍然較少(shǎo)。國外的赫徹斯特股份公司和(hé)三星綜合化學株式會(huì)社都再國內(nèi)申請(qǐng)了專利，基本上(shàng)都是用改進後的傳統催化劑制(zhì)備超高(gāo)分子量聚乙産品，利用催化劑組分的改變和(hé)聚合工藝的優化調節聚合物性能國內(nèi)超高(gāo)分子量聚乙烯近年來(lái)發展很(hěn)快, 超高(gāo)分子量聚乙烯催化劑制(zhì)備技(jì)術(shù)也得(de)到了長足的發展目前，能看到的文獻報道(dào)的技(jì)術(shù)大(dà)多(duō)是用改進的 Ziegler-Natta 催化劑為(wèi)主值得(de)一提的是,有(yǒu)報道(dào)稱日本旭化成公司最近已開(kāi)發出以茂金屬催化劑為(wèi)基礎的超高(gāo)分子量聚乙烯催化劑,并開(kāi)始向市場(chǎng)發展。

 

 近年來(lái)UHMWPE 的加工技(jì)術(shù)也有(yǒu)了重大(dà)突破，由最初的燒結壓制(zhì)成型發展到專用設備擠出成型，應用領域也不斷擴大(dà)。但(dàn)在研究過程中發現UHMWPE雖然擁有(yǒu)很(hěn)多(duō)其它工程塑料無法達到的一些(xiē)優良性能，但(dàn)其具有(yǒu)的一些(xiē)缺點也比較明(míng)顯，如其熔副指數(shù)（接近于零）極低(dī),熔點高(gāo)（190-210℃）、粘度大(dà)、流動性差而極難加工成型，另外與其它工程塑料相比，具有(yǒu)表面硬度低(dī)和(hé)熱變形溫度低(dī)、彎曲強度和(hé)蠕變性能較差、抗磨粒磨損能力差、強度低(dī)等缺點，影(yǐng)響了其使用效果和(hé)應用範圍。

 

   為(wèi)了克服UHMWPE的這些(xiē)缺點,彌補這些(xiē)不足，使其在條件要求較高(gāo)的某些(xiē)場(chǎng)所得(de)到應用，目前采用的普遍方法是對其進行(xíng)改性，常用的改性方法有(yǒu)物理(lǐ)改性、化學改性、聚合物填充改性、UHMWPE增強改勝等。改性的日的是在不影(yǐng)響UHMWPE主要性能的基礎上(shàng)提高(gāo)其熔體(tǐ)流動性，或針對UHMWPE自身性能的缺陷進行(xíng)複合改性，如改進熔體(tǐ)流動性、耐熱性、抗靜電(diàn)性、阻燃性及表面硬度等，使其能在專用設備上(shàng)或通(tōng)用設備上(shàng)成型加工。