Сверхвысокомодульный полиэтилен

Ковры из высокомодульного ПЭ Высокомодульный полиэтилен (ВМПЭ) – полимер с уникальной структурой и рекордно высокими молекулярной массой, физико-механическими и потребительскими возможностями. Линейные цепи полиэтилена этого типа состоят из 50-400 тыс. фрагментов [-CH₂-CH₂-], что в десятки и сотни раз больше, чем у полиэтиленов традиционных марок.

Свойства полимеров этилена мало зависят от исходного сырья – определяющую роль играют условия получения, влияющие на длину макромолекул, их однородность по весу, степень разветвленности. Строение полимерных цепей обусловливает их морфологию – способ пространственной упаковки в массе материала. Чем более разветвленные молекулы, тем труднее им принимать наиболее энергетически выгодную упорядоченную структуру и тем ниже степень кристалличности полиэтилена.

Особенности свойств высокомодульного полиэтилена определяют рекордно большая длина полимерных цепей и сильно развитая надмолекулярная структура. Она представлена линейными участками макромолекул и множественными морфологическими образованиями: аморфными, кристаллическими и фибриллярными областями, пачками, сферолитами.

Большинство макроцепей (до 95 %) параллельно ориентированы и задействованы в надмолекулярных образованиях разного типа, за счет чего способны воспринимать и перераспределять большие нагрузки.

Сверхвысокомодульный полиэтилен превосходит крупнотоннажные полиэтилены по прочностным свойствам, морозостойкости, химической, радиационной и светостойкости. Он обладает целым набором уникальных свойств:

модуль упругости – 1,7-2,0 ГПа, прочность на разрыв – 35-40 МПа;
исключительно высокая стойкость к динамическим нагрузкам;
высокая стойкость к изгибам и абразивным воздействиям;
абсолютная радиопрозрачность, стойкость к излучениям высоких энергий;
малый коэффициент трения скольжения (самосмазывающие свойства на уровне фторопластов);
способность выдерживать прочностные и ударные нагрузки в диапазоне температур -200 – +100 0С;
способность к волокнообразованию (разрывная прочность нитей – до 300 МПа, модуль упругости – до 250 ГПа, что в 1,5 раза выше, чем у арамидных).

Особенности получения ВМПЭ

Гранулы высокомодульного полиэтилена Полиэтилен этого типа получают при низких давлениях (0,15-4 МПа) и невысоких температурах (20-60 ⁰С) с комплексными катализаторами сложного состава.

В присутствии ионно-координационных катализаторов, синтез полиэтилена идет по принципиально новым закономерностям. На первом этапе происходит гомогенная полимеризация этилена, на втором – «живая полимеризация» по гетерогенному механизму, – слияние олигомерных и полимерных макромолекул в более длинные цепочки. Так получают порошок СВМПЭ с высокой сыпучестью и насыпной плотностью 400-500 кг/м².

Способы переработки

Температуры фазовых переходов и вязкость расплавов высокомодульных полимеров выше, чем у полимеров обычных марок. В изделия они перерабатывают специальными способами:

плунжерной экструзией (разнопрофильные изделия: ленты, листы, трубы, стержни);
горячим прессованием и прессованием с последующим спеканием;
выдувным экструзионным формованием (пленки);
ионным или газопламенным напылением с последующим спеканием (порошковые покрытия);
экструзионным спеканием (микропористые материалы для фильтров);
гель-прядением из растворов с последующей высокотемпературной вытяжкой (волокна).

Изделия из ВМПЭ используются в жестких условиях эксплуатации

Большая часть высокомодульного полиэтилена идет на изготовление высокопрочных волокон и деталей механизмов, где требуется сочетание высокой прочности, малого износа и трения, морозостойкости, и на замену дорогих и дефицитных материалов - бронзы, фторопласта.

Диапазон применения материалов и изделий из СВМПЭ настолько широк и разнообразен, что с трудом поддается перечислению.

Волокна и ткани из сверхвысокомодульного полиэтилена используются в производстве непотопляемых канатов и тросов (их прочность и срок службы больше, чем у стальных, а водостойкость выше, чем у кевларовых), сетей, лесок, защитных костюмов, стойких к порезам «кольчужных перчаток», парашютов, парусины, средств баллистической защиты.

Серьезные технические и экономические преимущества дает использование СВМПЭ в:

электротехнике: изоляторы, прерыватели для высокочастотных приборов, аккумуляторные ячейки и сепараторные ленты, кабельные оболочки, обтекатели антенн;
в машиностроении: детали, работающие при повышенном трении и абразивных нагрузках (втулки, шестеренки, зубчатые колеса, уплотнители, отбойники);
на химических производствах (футеровка емкостей, реакторов, трубопроводы, валы и лопасти мешалок, вентили, задвижки для агрессивных сред);
в добывающей промышленности и строительстве: транспортерные ленты, облицовка ковшей экскаваторов для отгрузки липучих, влажных, горячих грузов (глины, бурый уголь, смолы и асфальты).

Из высокомодульного полиэтилена формуют пористые изделия разного назначения (фильтры для пищевых, химических, биохимических производств, демпфирующие детали), изготавливают медицинские пленки, шовный хирургический материал, протезы суставов и ортопедические изделия, имплантаты для позвоночника.