Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы
Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы ( UHMWPE , UHMW ) является разновидностью термопластичного полиэтилена . Также известный как высокомодульный полиэтилен ( HMPE ), он имеет чрезвычайно длинные цепи с молекулярной массой обычно от 3,5 до 7,5 миллионов а.е.м. [1] Более длинная цепь служит для более эффективной передачи нагрузки на основную цепь полимера за счет усиления межмолекулярных взаимодействий. В результате получается очень прочный материал с самой высокой ударной вязкостью среди всех термопластов, производимых в настоящее время. [2]
СВМПЭ не имеет запаха, вкуса и нетоксичен. [3] Он сочетает в себе все характеристики полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) с дополнительными свойствами устойчивости к концентрированным кислотам и щелочам , а также к многочисленным органическим растворителям. [4] Обладает высокой устойчивостью к агрессивным химическим веществам, за исключением окисляющих кислот ; имеет крайне низкое влагопоглощение и очень низкий коэффициент трения ; самосмазывающийся (см. граничная смазка ); и обладает высокой устойчивостью к истиранию , в некоторых формах в 15 раз более устойчива к истиранию, чем углеродистая сталь.. Его коэффициент трения значительно ниже, чем у нейлона и ацеталя , и сравним с коэффициентом трения политетрафторэтилена (ПТФЭ, тефлон), но СВМПЭ обладает лучшей стойкостью к истиранию, чем ПТФЭ. [5] [6]
Полимеризация СВМПЭ была коммерциализирована в 1950-х годах компанией Ruhrchemie AG, [1] [7] , которая с годами меняла названия. Сегодня порошковые материалы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, которые могут быть непосредственно отлиты в конечную форму продукта, производятся компаниями Ticona , Braskem , DSM , Teijin (Endumax), Celanese и Mitsui .. Обработанный СВМПЭ коммерчески доступен либо в виде волокон, либо в консолидированной форме, такой как листы или стержни. Из-за своей устойчивости к износу и ударам СВМПЭ продолжает находить все более широкое применение в промышленности, в том числе в автомобилестроении и розливе. С 1960-х годов СВМПЭ также является предпочтительным материалом для тотальной артропластики суставов в ортопедических имплантатах и имплантатах позвоночника . [1]
Волокна UHMWPE под торговой маркой Dyneema, коммерциализированные в конце 1970-х годов голландской химической компанией DSM , широко используются в баллистической защите, оборонных приложениях и все чаще в медицинских устройствах, парусном спорте, туристическом снаряжении, альпинизме и многих других отраслях промышленности.
UHMWPE представляет собой разновидность полиолефина . Он состоит из чрезвычайно длинных цепей полиэтилена, которые выровнены в одном направлении. Его сила во многом зависит от длины каждой отдельной молекулы (цепи). Силы Ван-дер-Ваальса между молекулами относительно слабы для каждого атома перекрытия между молекулами, но поскольку молекулы очень длинные, могут существовать большие перекрытия, что в сумме дает возможность переносить большие силы сдвига от молекулы к молекуле. Каждая цепь притягивается к другим с таким количеством сил Ван-дер-Ваальса, что общая межмолекулярная сила высока. Таким образом, большие растягивающие нагрузки не ограничиваются сравнительной слабостью каждой локализованной силы Ван-дер-Ваальса.
При формировании волокон полимерные цепи могут достигать параллельной ориентации более 95% и уровня кристалличности от 39% до 75%. Напротив, прочность кевлара обусловлена прочными связями между относительно короткими молекулами.
