Корзина
Ваша корзина пуста!
Это никогда не поздно исправить :)
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен UHMWPE: свойства, марки и применение
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен UHMWPE (Ultra-High Molecular Weight Polyethylene) — термопласт с молекулярной массой от 3,5 до 9 млн а.е.м., получаемый полимеризацией этилена на металлоценовых или Ziegler–Natta катализаторах. В отличие от HDPE и LDPE, сверхвысокомолекулярный полиэтилен UHMWPE не перерабатывается экструзией или литьём под давлением: переработка ведётся методами компрессионного спекания (ram extrusion), гель-формования и горячего изостатического прессования. Именно сверхдлинные макромолекулярные цепи обеспечивают уникальное сочетание ударной вязкости, износостойкости и низкого коэффициента трения.
Технические характеристики UHMWPE
Ключевые параметры сверхвысокомолекулярного полиэтилена UHMWPE определяют его применение в узлах трения и защитных футеровках:
- молекулярная масса — 3,5–9 млн а.е.м.
- плотность — 0,930–0,945 г/см
- предел прочности при растяжении — 20–27 МПа
- ударная вязкость по Изоду с надрезом — не менее 80 кДж/м
- коэффициент трения по стали — 0,10–0,22
- индекс износостойкости (sand slurry test) — в 5–7 раз выше, чем у HDPE
- диапазон рабочих температур — от –200 C до +80 C
Марки и стандарты
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен UHMWPE выпускается в виде листов, стержней, труб и профилей по стандартам ISO 11542-1/2, ASTM F648 (для медицинских имплантатов) и DIN 16986. Основные коммерческие марки:
- GUR 1020, GUR 4120 (Celanese/Ticona) — листовой и стержневой полуфабрикат
- Hostalen GUR 5113, GUR 4170 — для футеровок и направляющих
- Chirulen, GUR 1050 — медицинский UHMWPE для эндопротезов
- DSM Dyneema, Honeywell Spectra — волокно UHMWPE (гель-формование)
- ТУ 2211-001-XXXXXXX — российские марки листового UHMWPE
Применение сверхвысокомолекулярного полиэтилена UHMWPE
Благодаря низкому коэффициенту трения и высокой абразивной стойкости, сверхвысокомолекулярный полиэтилен UHMWPE применяется в следующих узлах и системах:
- футеровка бункеров, течек и кузовов самосвалов в горнодобывающей промышленности
- направляющие и вкладыши в цепных и ленточных конвейерах
- уплотнительные элементы и седла клапанов в нефтегазовой арматуре
- искусственные суставы (тазобедренный, коленный) в ортопедии
- баллистические плиты и бронежилеты (на основе волокна UHMWPE)
- направляющие скольжения в станках и подъёмно-транспортном оборудовании
Сравнение UHMWPE с конструкционными материалами
| Параметр | UHMWPE | HDPE | ПА6 (нейлон) | PTFE |
|---|---|---|---|---|
| Молекулярная масса, млн а.е.м. | 3,5–9 | 0,05–0,3 | 0,02–0,05 | 0,5–10 |
| Коэффициент трения по стали | 0,10–0,22 | 0,20–0,30 | 0,15–0,40 | 0,04–0,10 |
| Ударная вязкость, кДж/м | 80 | 10–20 | 5–15 | 15–25 |
| Абразивная стойкость (отн. сталь 45) | в 5–7 раз выше | в 1,5–2 раза выше | в 3–4 раза выше | в 2–3 раза выше |
| Рабочая температура, C | –200…+80 | –60…+80 | –40…+100 | –200…+260 |
Технология переработки
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен UHMWPE перерабатывается только методами, не требующими расплава с высокой текучестью: компрессионное спекание при давлении 5–10 МПа и температуре 180–220 C, поршневая экструзия (ram extrusion) для стержней и труб, гель-формование для волокна. Механическая обработка листов и стержней ведётся фрезерованием, точением и сверлением с использованием инструмента с поликристаллическими алмазными насадками (PCD) — стандартный HSS-инструмент не обеспечивает требуемой чистоты поверхности из-за высокой вязкости материала.
Вопросы и ответы
Чем сверхвысокомолекулярный полиэтилен UHMWPE отличается от обычного HDPE?
UHMWPE имеет молекулярную массу 3,5–9 млн а.е.м. против 0,05–0,3 млн у HDPE. Это даёт ударную вязкость не менее 80 кДж/м и абразивную стойкость в 5–7 раз выше, чем у стали 45. HDPE перерабатывается экструзией, UHMWPE — только компрессионным спеканием или ram-экструзией.
При какой температуре можно эксплуатировать UHMWPE?
Диапазон рабочих температур сверхвысокомолекулярного полиэтилена UHMWPE — от –200 C до +80 C. При нагреве выше +80 C материал теряет жёсткость; при криогенных температурах сохраняет ударную вязкость, что позволяет применять его в узлах трения криогенного оборудования.
Какие марки UHMWPE используются для медицинских имплантатов?
Для эндопротезов применяется UHMWPE марок Chirulen и GUR 1050 по стандарту ASTM F648. Материал подвергается радиационному сшиванию (50–100 кГр) для повышения износостойкости в парах трения с кобальт-хромовыми и керамическими головками.
Как обрабатывается сверхвысокомолекулярный полиэтилен UHMWPE механически?
Из-за высокой вязкости UHMWPE обрабатывается только инструментом с PCD-насадками. Режимы: скорость резания 300–600 м/мин, подача 0,1–0,3 мм/об. Стандартный HSS-инструмент приводит к наволакиванию материала и потере геометрии кромки.