超高分子量聚乙烯

超高分子量聚乙烯

组员：季佳伟、倪佳佳

摘要：超高相对分子量聚乙烯是一种重要的高性能材料，本文主要介绍了单体聚合为超高分子量的配方、工艺合成应用以及具体应用。

关键词:乙烯、聚乙烯、分子量.

一、概述

超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万以上的聚乙烯。分子式：—(—CH2-CH2—)—n—，密度：0.936～0.964g/cm3。热变形温度(0.46MPa)85℃，熔点130～136℃。所有是一种线型结构的具有优异综合性能热塑性工程塑料，其发展十分迅速，80年代以前，世界平均年增长率为8.5%，进入80年代以后，增长率高达15%～20%。而我国的平均年增长率在30%以上。1978年世界消耗量为12，000～12，500吨，而到1990年世界需求量约5万吨，其中美国占70%。2007-2009年中国逐步成为世界工程塑料工厂，超分子量聚乙烯产业发展更是十分迅速。

二、单体

乙烯是一种无色稍有气味的气体，密度为1.25g/L，比空气的密度略小，难溶于水，易溶于四氯化碳等有机溶剂。

乙烯有4个氢原子的约束，碳原子之间以双键连接。所有6个原子组成的乙烯是共面。H-C-C 角是121.3°；H-C-H角是117.4 °，接近120 °，为理想sp 2混成轨域。这种分子也比较僵硬：旋转C=C键是一个高吸热过程，需要打破π键，而保留σ键之间的碳原子。VSEPR模型为平面矩形立体结构也是平面矩形。双键是一个电子云密度较高的地区，因而大部分反应发生在这个位置。

乙烯广泛存在于植物的各种组织、器官中，是由蛋氨酸在供氧充足的条件下转化而成的。乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）、合成乙醇（酒精）的基本化工原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸药等，尚可用作水果和蔬菜的催熟剂，是一种已证实的植物激素。

乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的70%以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。

三、超高分子量的聚乙烯的配方和工艺流程

1、催化剂配制

将负载型齐格勒催化剂（例如氯化镁或乙氧基镁上载有TiCl4的钛催化剂）和烷基铝（例如三乙基铝）用己烷溶剂配至一定浓度后用泵打入聚合釜。

2、聚合

将高纯度乙烯、氢气、催化剂连续不断地加入聚合反应器中，在80℃及

0.98MPa条件下进行淤浆合成（时间4h），聚合热采用聚合釜夹套冷却及气体外循环方式除去。聚合物的分子量通过高速工业气象色谱仪对聚合釜中气相乙烯和氢的成分进行自动测定来控制，然后用微型电子计算机进行氢/乙烯比值的计算，并将结果作为进聚合釜氢流量调节的给定值，从而实现工业色谱的闭环控制。通过调节聚合釜的各条件(或通过特种催化剂)来控制聚合物的分子量分布。得到的聚合物浆液靠本身的压力压到闪蒸釜中，将溶解于溶剂中的少量未反应的乙烯在闪蒸釜中分离出来，由压缩机升压后返回聚合釜。

3、分离及干燥

聚合工段送来的淤浆由离心机分离成滤饼和母液，滤饼经汽提后在蒸汽转筒干燥器（或闪蒸干燥、沸腾床干燥器）内干燥成粉末，干燥后的粉末状聚合物用氮气输送到粉末料斗中。离心机分离出来的母液一部分循环至聚合釜，余下的经汽提后送至溶剂回收工段。从干燥器出来的气体进入洗涤塔用己烷洗涤，经冷却器冷却，回收气体中的少量己烷后循环使用。

4、分筛、掺混和包装

超高分子量聚乙烯粉末进入分筛机，按粒径尺寸分成几种不同的规格，不同粒径规格的超高分子量聚乙烯粉末用氮气输送到各自的粉末料仓。超高分子量聚乙烯粉末从仓料经计量器后进入掺混机，与进入掺混机的各种添加剂相混合。掺混后的超高分子量聚乙烯（或未经掺混的超高分子量聚乙烯）粉末经风送到包装料斗，再经包装机制作作为成品出厂。

5、溶剂回收

从分离干燥工段来的溶剂的己烷，加入少量碱液中和并用水洗去除杂质，再通过己烷汽提塔分离成低分子量聚合物（低聚物）和己烷，低聚物在熔融状态下，从塔底排出。从塔顶出来的己烷脱水塔中除去水分，在经分子筛、己干燥器进一步脱除微量水分后，供催化剂和聚合工段使用。

6、低聚物处理

低聚物贮槽中熔融状低聚物经切片机切成片状后送至界区外，另行处理和使用。

四、超高分子量聚乙烯的应用

超高分子量聚乙烯有众多的优异特性，它在高性能纤维市场上，包括从海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方面均显示出极大的优势，在现代化战争和航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。

1.超高分子量聚乙烯可打造装煤、石灰、水泥、矿粉、盐、谷物等等粉状文件的拖斗、料仓、滑槽的衬里，因为它存在优良的自润滑性、不粘性，可使上述粉状文件对于储运设施不发生粘附景象，保障稳固保荐。

2.超高分子量聚乙烯用来流砂等的液体保荐管道，与其他管道相比突出性能表现在：与竹管相比寿数提高18倍，利息降至1/25，与锦纶管相比寿数提高3倍，利息降至1/8。在保荐时，管内屏障比非金属管小25%，大大提高了保荐频率。

3.在滑槽、铲斗和矿石舱室的内衬等范围，用传统非金属文件时，遇到寒冷潮湿天气，物品就会解冻在非金属上，而采纳高分子聚乙烯板材则决不会，从而大大缩小了卸货成本。在散装车船的自卸漏子上内衬一层高分子聚乙烯板材后，匀称卸货工夫由本来的16～20h缩小到8h。

4.在国防军需装备方面，由于其耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料，如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣、盾牌、降落伞等.

5.在航天工程中，由于其轻质高强和抗冲击性能好，适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。同时也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索，其发展速度异常迅速。

6.在民用领域，制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程，在自重下的断裂长度是钢绳的8倍，是芳纶的2倍。该绳索用于超级油轮、海洋操作平台、灯