Високомолекулярний поліетилен: опис, властивості, сфери застосування
З кожним днем в сферу діяльності людини вводяться нові матеріали, одержувані штучним шляхом. Одним з таких є високомолекулярний поліетилен, який вже з 50-х років минулого століття став комерційним продуктом, але справжню популярність набирає він тільки зараз.
Відео: Литво тонкостінної деталі прозорим пластиком в силіконову форму
опис
Високомолекулярний поліетилен являє собою одну з різновидів термопластичного полімеризованого етилену. Головна його особливість - дуже довгі молекулярні ланцюги. Вони краще сприймаються і передають навантаження, «компенсуючи» їх міжмолекулярним взаємодією.
Своїм зовнішнім виглядом матеріал нічим не відрізняється від інших різновидів пластика. Він не має запаху, смаку, не володіє токсичними властивостями. Йому можна надати будь-яке забарвлення впровадженням кольорів. У той же час він має набір властивостей, які вигідно виділяють його перед іншими полімерами.
Відео: Тротуарна плитка з пластикових відходів
Високомолекулярний поліетилен є жорстким матеріалом з великою ударною міцністю. Він здатний витримувати значні за величиною напруги. Він не вбирає вологу, через що не взаємодіє з людською шкірою і здається слизьким. Крім цього, має високу стійкість до стирання (більше, ніж у сталі) і низьким коефіцієнтом тертя.
Властивості високомолекулярного поліетилену
Як уже зазначалося, головною особливістю даного високомолекулярного полімеру є довгі молекулярні ланцюги. Більш того, вони орієнтовані в одному і тому ж напрямку. Розташовуються практично паралельно один одному. Саме цим пояснюється міцність матеріалу.
Незважаючи на те що високомолекулярний поліетилен утворює довгі ланцюжки, зв`язок між окремими молекулами слабка. Цей показник на порядок нижче, ніж у кевлара не менше міцного матеріалу. Ця особливість робить полімер НЕ теплостійким - він плавиться при температурі 144 градусів за Цельсієм.
У складі цього поліетилену немає складних ефірів, амінів або гідроксильних груп, які роблять матеріали сприйнятливими до хімічно активних і важким середах. Завдяки цьому речовина непідвладне воді, волозі, агресивним реагентів, мікроорганізмам і УФ-променів.
Основні методи переробки
Вимоги, згідно з якими повинен виготовлятися поліетилен високомолекулярний, ГОСТ 16338-85 містить в собі. Згідно з ними, синтез матеріалу проводять впливом металлоценовий каталізаторів на мономер - етилен. Для виробництва безпосередньо виробів застосовують такі основні види переробки:
- Гель-прядіння. Сировина змішують з розчинником. Отриману масу продавлюють через отвори в воду. Освічені нитки обпалюють в печах з одночасним їх витягуванням і видаленням розчинника.
- Гаряче пресування і спікання. Порошкоподібну масу здавлюють великою силою, отримуючи тим самим однорідний матеріал. Потім він піддається термічній обробці - спікання при температурі 150-200 градусів.
- Плунжерная екструзія. Сировина плавиться до однорідної, схожою на гуму масу, а потім видавлюється крізь спеціальні насадки.
Найбільшого поширення набуло гель-прядіння. Адже саме таким способом отримують високомолекулярні поліетиленові волокна, що володіють великою міцністю.
Використання у військовій промисловості
Волокна, для виробництва яких використовується високомолекулярний полімер, широко використовуються для створення засобів особистого захисту, зокрема бронежилетів. Завдяки таким властивостям ниток, як низька питома вага і високий умовний межа плинності (Відношення цих показників в 7-8 разів вище, ніж у сталі), броня виходить легкої і стійкої до куль, осколками і іншим вражаючим елементам.
Бронежилети виготовляються з листів, одержуваних шляхом накладення волокон друг на друга під різними кутами. Завдяки такій технології з`являються мультіаксіальние тканини - особливий різновид склоподібних полотен, які стійко переносять напруги в будь-якому напрямку. Використовується для захисту торсу, кінцівок високомолекулярний поліетилен. Властивості мультіаксіальной тканини дозволяють захищати і бронетехніку, а також використовувати волокна для створення стійких до порізів рукавичок.
Застосування в медицині
У медицині високомолекулярний поліетилен використовується, головним чином, для створення імплантатів для тазостегнового суглоба і хребетного стовпа, колінних суглобів. Вперше він використовувався з подібною метою в далекому 1962 році. І з тих пір став домінувати.
Широко використовується і доопрацьований матеріал - сітчастий або зшитий полімер. Його отримують шляхом обстрілювання волокон високомолекулярного поліетилену гамма квантами або електронами, які зшивають нитки один з одним. Після цього він піддається термічній обробці, що знижує його окислювально-відновну здатність.
Волокна на основі цієї сировини використовуються і для накладення швів. Лідером у виробництві даної продукції є компанія DSM, яка поставляє на медичний ринок нитки для швів під назвою Dyneema Purity.
Використання в промисловості
Найбільше застосування в промисловості знайшов високомолекулярний поліетилен листової, який поставляється на виробничий ринок плоскими заготовками товщиною в 2 см. На його основі виготовляють пластикові вікна престижного класу, ПВХ-панелі і різні по конфігурації ПВХ-профілі.
У машинобудуванні для виробництва кілець ущільнювачів, підшипників, створення деталей, що працюють в гідравлічній або олійною середовищі, а також в пневматичних установках з високим робочим тиском, найчастіше застосовується поліетилен високомолекулярний 1000 - одна з основних різновидів полімеру.
