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Polietileno de peso molecular ultra alto (UHMWPE)

【Introducción】

El UHMWPE (polietileno de peso molecular ultra alto) es un plástico de ingeniería termoplástico con una estructura lineal y excelente rendimiento integral, con un peso molecular de más de 1.5 millones. Tiene baja densidad y buena resistencia al desgaste, autolubricación, resistencia al impacto, resistencia a la corrosión, etc.

【rendimiento】

El peso molecular extremadamente alto del UHMWPE (el peso molecular del HDPE suele ser solo de 20,000 a 300,000) le confiere un excelente rendimiento, y es un plástico de ingeniería termoplástico de alto rendimiento a precio moderado. Concentra casi todas las ventajas de diversos plásticos, y tiene propiedades integrales incomparables de polietileno ordinario y otros plásticos de ingeniería, tales como resistencia al desgaste, resistencia al impacto, autolubricación, resistencia a la corrosión, absorción de energía de impacto, resistencia a bajas temperaturas, higiene y no toxicidad, no adhesión, no absorción de agua y baja densidad.

Resistencia a la abrasión:

La resistencia al desgaste del UHMWPE es la mejor entre los plásticos y supera la de algunos metales. El UHMWPE se compara con otros materiales en términos de resistencia al desgaste. Comparado con otros plásticos de ingeniería, el índice de abrasión con mortero del UHMWPE es solo 1/5 del PA66, 1/10 del HEPE y PVC; comparado con metales, es 1/7 del acero al carbono y 1/27 del latón. Tal alta resistencia al desgaste hace difícil probar su resistencia al desgaste utilizando métodos generales de prueba de desgaste de plásticos, por lo que se diseña especialmente un dispositivo de prueba de abrasión con mortero. La resistencia al desgaste del UHMWPE es proporcional a su peso molecular. Cuanto mayor es el peso molecular, mejor es su resistencia al desgaste.

Resistencia al impacto:

La resistencia al impacto del UHMWPE se encuentra entre las mejores entre todos los plásticos de ingeniería. Comparada con otros plásticos de ingeniería, la resistencia al impacto del UHMWPE es aproximadamente el doble que la del PC resistente al impacto, cinco veces la del ABS y más de diez veces la del POM y el PBTP. La resistencia al impacto es tan alta que es difícil romperlo usando el método de prueba de impacto habitual. Su resistencia al impacto aumenta con el aumento del peso molecular, alcanzando el valor máximo cuando el peso molecular es de 1.5 millones, y luego disminuye gradualmente a medida que el peso molecular continúa aumentando. Vale la pena señalar que también puede mantener una excelente resistencia al impacto en nitrógeno líquido (-195℃), una característica que otros plásticos no poseen. Además, tiene una mayor dureza superficial bajo impacto repetido.

Propiedad autolubricante:

El UHMWPE tiene un coeficiente de fricción extremadamente bajo (0.05~0.11), por lo que tiene excelentes propiedades autolubricantes. La Tabla 1 compara los coeficientes de fricción del UHMWPE y otros plásticos de ingeniería. Como se puede ver en la Tabla 1, el coeficiente de fricción dinámico del UHMWPE es 1/2 del de PA66 y POM en condiciones de lubricación con agua, y solo es superado por el politetrafluoroetileno (PTFE) autolubricante en plásticos en condiciones no lubricadas; cuando funciona de forma deslizante o rotatoria, su lubricidad es mejor que la del acero y el latón con aceite lubricante. Por lo tanto, en el campo de la tribología, el UHMWPE es conocido como un material de fricción con una relación costo/rendimiento muy ideal.

Resistencia química:

El UHMWPE tiene excelente resistencia química. Excepto por el ácido oxidante fuerte, puede resistir diversos medios corrosivos (ácido, álcali, sal) y medios orgánicos (excepto disolvente de té) dentro de un cierto rango de temperatura y concentración. Se ha sumergido en 80 tipos de disolventes orgánicos a 20℃ y 80℃ durante 30 días, y no hay ninguna anomalía en la superficie, y otras propiedades físicas casi no cambian.

Absorción de energía de impacto:

El UHMWPE tiene excelente absorción de energía de impacto, y su valor de absorción de energía de impacto es el más alto entre todos los plásticos. Por lo tanto, tiene buen rendimiento de amortiguación de ruido y excelente efecto de atenuación de sonido.

Resistencia a bajas temperaturas:

El UHMWPE tiene excelente resistencia a bajas temperaturas y permanece dúctil a la temperatura del helio líquido (-169°C), por lo que puede usarse como piezas resistentes a bajas temperaturas en la industria nuclear.

Higiénico y no tóxico:

El UHMWPE es higiénico y no tóxico, cumple totalmente con los estándares de la Asociación de Higiene de Japón, y está aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. y el Departamento de Agricultura de EE. UU. para el contacto con alimentos y medicamentos.

Antiadherencia:

La capacidad de adsorción superficial del UHMWPE es muy débil, y su capacidad antiadherente solo es superada por el PTFE antiadherente entre los plásticos. Por lo tanto, la superficie del producto no se adhiere fácilmente a otros materiales.

Baja absorción de agua:

El UHMWPE tiene una tasa de absorción de agua muy baja; generalmente menos del 0.01%, que es solo el 1% del PA66, por lo que generalmente no necesita ser secado antes del moldeo.

Resistencia a la tracción:

Dado que el UHMWPE tiene las características estructurales necesarias para la orientación por estiramiento, posee una resistencia a la tracción ultraalta sin igual. Por lo tanto, se pueden producir fibras con módulo elástico y resistencia ultraaltos mediante hilado en gel. La resistencia a la tracción es tan alta como 3~3.5GPa, y el módulo elástico a la tracción es tan alto como 100~125GPa. La resistencia específica de la fibra es la más alta entre todas las fibras comercializadas hasta la fecha, 4 veces mayor que la fibra de carbono, 10 veces mayor que el alambre de acero y 50% mayor que la fibra de aramida.

【aplicación】

Actualmente, el UHMWPE se ha utilizado ampliamente en los campos textil, papelero, embalaje, transporte, impresión, químico, minero, petrolero, construcción, eléctrico, alimentario, médico, deportivo y otros, y ha comenzado a entrar en los campos de las armas convencionales, barcos, automóviles, etc. En el futuro, se expandirá a los campos aeroespacial y de la energía atómica.

1. Resistencia al desgaste y resistencia al impacto: maquinaria textil, maquinaria para fabricar papel, maquinaria de embalaje, maquinaria general.

2. Autolubricación y no pegajosidad: almacenamiento y transporte de materiales, agricultura, maquinaria de construcción y suministros problemáticos.

3. Higiénico y no tóxico: industrias médica, alimentaria y de bebidas.

4. Resistencia a la corrosión y no absorción de agua:

(1) El UHMWPE tiene excelente estabilidad química y no absorción de agua, y puede usarse como materiales de revestimiento para diversos equipos de almacenamiento de soluciones y contenedores de embalaje grandes, como flotadores, tanques de agua, tanques de gasolina, contenedores de pesticidas y contenedores de retorno de agua para equipos de energía solar. Esta es también una de las áreas de uso más amplias del UHMWPE.

(2) Los contenedores de UHMWPE tienen una excelente resistencia al impacto por caída. Si un contenedor lleno con 20 kg de agua se deja caer desde una gran altura sobre una placa de hierro de 10 mm de espesor, la altura de destrucción de un contenedor de polietileno ordinario es de solo 9 metros, mientras que un contenedor de UHMWPE puede alcanzar más de 15 metros.

Resistencia a bajas temperaturas:

El UHMWPE tiene excelente resistencia a bajas temperaturas y puede usarse en varias máquinas de refrigeración y como un componente resistente a bajas temperaturas en la industria nuclear. Es un material aislante ideal en el campo de la superconductividad a baja temperatura. El UHMWPE tiene un excelente efecto de blindaje contra la radiación, por lo que puede usarse como una placa de blindaje para plantas de energía nuclear.

Propiedades de aislamiento eléctrico:

El UHMWPE tiene buenas propiedades de aislamiento eléctrico, especialmente un bajo factor de pérdida dieléctrica. Se puede usar para fabricar tanques de galvanoplastia, rodillos, aislantes que trabajan en rangos de alta frecuencia y ultra alta frecuencia, soportes aislantes, conductos para cables, interruptores de cortocircuito, terminales de cable y otros dispositivos eléctricos.