Loading AI tools
химическое соединение Из Википедии, свободной энциклопедии
Сверхвысокомолекуля́рный полиэтилен (СВМПЭ, англ. Ultra-high molecular weight polyethylene, UHMW PE) — термопластичный полимер, конструкционный материал, пригодный для работы в экстремальных условиях эксплуатации.
Синонимы:
Сверхвысокая масса молекул определяет уникальные свойства СВМПЭ, отличные от других разновидностей полиэтилена.
В промышленности СВМПЭ впервые стали применять в 1950-х годах немецкой фирмой «Ruhrchemie AG[нем.]». В 1960-х А. Дж. Пеннингс, сотрудничая с голландской компанией «DSM», синтезировал из СВМПЭ волоконные структуры с очень высокой прочностью. В 1970-х годах специалистами из DSM на основе открытий Пеннигса удалось создать волокна[1]. В мире СВМПЭ синтезируют компании Сибур, Ticona, Braskem, DSM, Teijin (Endumax), Celanese и Mitsui.
Молекула СВМПЭ состоит из длинных линейных цепочек полиэтилена с молекулярной массой 1,5—11,5 млн а. е. м., степень полимеризации мономера — этилена более 100 тысяч[2] с относительно слабыми межмолекулярными связями (10—20 кДж/моль) (в отличие, например, от кевлара, с его относительно короткими молекулами и сильными межмолекулярными связями). Уровень параллельности в ориентации линейных молекул может превышать 95 %, а степень кристалличности доходит до 85 %.
В связи со строением молекул СВМПЭ является термопластичным веществом с относительно невысокой температурой плавления (135—190 °С), поэтому изделия из него не рекомендуют эксплуатировать при температурах превышающих 80—100 °С. При нагревании выше температуры плавления СВМПЭ не переходит в вязкотекущее состояние, а лишь в высокопластичное[3]. Поверхность изделий из СВМПЭ — гладкая на ощупь.
СВМПЭ обладает очень низким для органических полимерных соединений водопоглощением, в пределах 0,01—0,05 %[4][5], что обусловлено отсутствием в молекулах СВМПЭ полярных групп (сложноэфирных, амидных, гидроксильных группировок). Поэтому свойства СВМПЭ не изменяются при воздействии воды (для сравнения, у кевлара прочность при намокании уменьшается в два раза из-за нарушения слабых водородных связей амидных групп, при высыхании прочность восстанавливается не полностью). СВМПЭ также устойчивы к воздействию большинства кислот и щелочей, ультрафиолетового и гамма-излучения[6] и микроорганизмов[4][5][7].
Удельная плотность чистого СВМПЭ — примерно 0,93—0,94 г/см³ с добавками — 0,95 г/см³[4]. Отношение предела прочности на разрыв к массе у СВМПЭ на 40 % больше, чем у арамидных соединений типа кевлара[8]. При наличии долговременной статической нагрузки, действующей на растягивание, СВМПЭ деформируется пока существует механическое напряжение (свойство называют «ползучестью»).
СВМПЭ имеет достаточно высокий модуль упругости при изгибе — около 1 ГПа и разрушающее растягивающее или изгибное напряжение 20—40 МПа (~4 кгс/мм²)[5][7][4], уступая, таким образом, по разрушающим напряжениям лучшим высоколегированным малоуглеродистым высокочистым сталям в 50—100 раз, а по модулю упругости — в 200 раз (например, инструментальная сталь 4Х5МФС после низкотемпературной термомеханической обработки или аусформинга имеет напряжение разрушения σb составляет около 250 кгс/мм² и предел текучести σ0,2 равен 180—230 кгс/мм²)[9]. Однако благодаря низкой плотности, в 8—8,5 раз меньшей, чем у сталей, и высокой усталостной прочности (выносливости), изделия из СВМПЭ могут конкурировать по показателю прочность/собственный вес с изделиями из низкопрочных конструкционных сталей и даже превосходить их.
Основные свойства СВМПЭ, обуславливающие его применение, — очень высокая износостойкость, низкий коэффициент трения и высокая вязкость разрушения (низкотемпературная надёжность). Так, по износостойкости СВМПЭ при допустимых для него температурах эксплуатации и некоторых абразивах превосходит тефлоны и даже углеродистые стали[10].
Синтез СВМПЭ производят с применением металлоценовых катализаторов из мономера — этилена, при этом количество мономеров в одной молекуле на несколько порядков больше, чем у полиэтилена высокой плотности. Для синтеза СВМПЭ применяют установки низкого давления.
Переработанный СВМПЭ-порошок выпускают на рынок либо в виде волокон, либо в консолидированной форме, например в виде листов, плёнок, профилей или стержней.
Изделия из СВМПЭ получают следующими методами обработки:
Именно с помощью гель-формирования получают самые прочные волокна марок «Dyneema» и «Spectra» для тросов, строп, широко используют в баллистической защите[неизвестный термин], оборонных применениях и всё чаще в медицинских устройствах.
В России существуют несколько установок синтеза порошков СВМПЭ:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.