Высокомолекулярный полиэтилен: описание, свойства, сферы применения
С каждым днем в сферу деятельности человека вводятся новые материалы, получаемые искусственным путем. Одним из таковых является высокомолекулярный полиэтилен, который уже с 50-х годов прошлого столетия стал коммерческим продуктом, но настоящую популярность набирает он только сейчас.
Описание
Высокомолекулярный полиэтилен представляет собой одну из разновидностей термопластичного полимеризованного этилена. Главная его особенность – очень длинные молекулярные цепи. Они лучше воспринимаются и передают нагрузки, «компенсируя» их межмолекулярным взаимодействием.
Своим внешним видом материал ничем не отличается от других разновидностей пластика. Он не имеет запаха, вкуса, не обладает токсичными свойствами. Ему можно придать любой окрас внедрением колеров. В то же время он обладает набором свойств, которые выгодно выделяют его перед другими полимерами.
Высокомолекулярный полиэтилен является жестким материалом с большой ударной прочностью. Он способен выдерживать значительные по величине напряжения. Он не впитывает влагу, из-за чего не взаимодействует с человеческой кожей и кажется скользким. Помимо этого, обладает высокой стойкостью к истиранию (больше, чем у стали) и низким коэффициентом трения.
Свойства высокомолекулярного полиэтилена
Как уже отмечалось, главной особенностью данного высокомолекулярного полимера являются длинные молекулярные цепи. Более того, они ориентированы в одном и том же направлении. Располагаются практически параллельно друг другу. Именно этим объясняется прочность материала.
Несмотря на то что высокомолекулярный полиэтилен образует длинные цепочки, связь между отдельными молекулами слабая. Этот показатель на порядок ниже, чем у кевлара не менее прочного материала. Эта особенность делает полимер не теплостойким – он плавится при температуре 144 градуса по Цельсию.
В составе этого полиэтилена нет сложных эфиров, аминов или гидроксильных групп, которые делают материалы восприимчивыми к химически активным и тяжелым средам. Благодаря этому вещество неподвластно воде, влаге, агрессивным реагентам, микроорганизмам и УФ-лучам.
Основные методы переработки
Требования, согласно которым должен изготавливаться полиэтилен высокомолекулярный, ГОСТ 16338-85 содержит в себе. Согласно им, синтез материала проводят воздействием металлоценовых катализаторов на мономер – этилен. Для производства непосредственно изделий применяют следующие основные виды переработки:
- Гель-прядение. Сырье смешивают с растворителем. Получившуюся массу продавливают через отверстия в воду. Образованные нити обжигают в печах с одновременным их вытягиванием и удалением растворителя.
- Горячее прессование и спекание. Порошкообразную массу сдавливают большой силой, получая тем самым однородный материал. Затем он подвергается термической обработке – спеканию при температуре 150-200 градусов.
- Плунжерная экструзия. Сырье плавится до однородной, похожей на резину массу, а затем выдавливается сквозь специальные насадки.
Наибольшее распространение получило гель-прядение. Ведь именно таким способом получают высокомолекулярные полиэтиленовые волокна, обладающие большой прочностью.
Использование в военной промышленности
Волокна, для производства которых используется высокомолекулярный полимер, широко используются для создания средств личной защиты, в частности бронежилетов. Благодаря таким свойствам нитей, как низкий удельный вес и высокий условный предел текучести (отношение этих показателей в 7-8 раз выше, чем у стали), броня получается легкой и устойчивой к пулям, осколками и прочим поражающим элементам.
Бронежилеты изготавливаются из листов, получаемых путем наложения волокон друг на друга под разными углами. Благодаря такой технологии появляются мультиаксиальные ткани – особая разновидность стекловидных полотен, которые стойко переносят напряжения в любом направлении. Используется для защиты торса, конечностей высокомолекулярный полиэтилен. Свойства мультиаксиальной ткани позволяют защищать и бронетехнику, а также использовать волокна для создания стойких к порезам перчаток.
Применение в медицине
В медицине высокомолекулярный полиэтилен используется, главным образом, для создания имплантатов для тазобедренного сустава и позвоночного столба, коленных суставов. Впервые он использовался с подобной целью в далеком 1962 году. И с тех пор стал доминировать.
Широко используется и доработанный материал – сетчатый или сшитый полимер. Его получают путем обстреливания волокон высокомолекулярного полиэтилена гамма квантами или электронами, которые сшивают нити друг с другом. После этого он подвергается тепловому воздействию, что снижает его окислительно-восстановительную способность.
Волокна на основе этого сырья используются и для наложения швов. Лидером в производстве данной продукции является компания DSM, которая поставляет на медицинский рынок нити для швов под названием Dyneema Purity.
Использование в промышленности
Наибольшее применение в промышленности нашел высокомолекулярный полиэтилен листовой, который поставляется на производственный рынок плоскими заготовками толщиной в 2 см. На его основе изготавливают пластиковые окна престижного класса, ПВХ-панели и различные по конфигурации ПВХ-профили.
В машиностроении для производства уплотнительных колец, подшипников, создания деталей, работающих в гидравлической или масляной среде, а также в пневматических установках с высоким рабочим давлением, чаще всего применяется полиэтилен высокомолекулярный 1000 – одна из основных разновидностей полимера.