超高分子量聚乙烯调研报告

超高分子量聚乙烯调研报告

1. 聚乙烯（PE）分类

聚乙烯根据密度、分子量大小可以分为3类。

1.1、低密度PE、中密度PE、高密度PE

低密度聚乙烯（小于0.930克/立方厘米/小于0.0334磅/立方英寸）。

中密度聚乙烯（介于0.930与0.940克/立方厘米之间/介于0.0334与0.0338立方英寸之间）。

高密度聚乙烯（大于0.940克/立方厘米/大于0.0338磅/立方英寸。分子量约为100，000）。

1.2、高分子量PE

高分子量聚乙烯（分子量大于200，000小于500，000）。这种产品是由两种使用催化剂的方法制造而成的：一种是齐格勒方法，这种方法中使用钛催化剂；另一种是菲利普斯方法，这种方法使用铬氧催化剂。这两种方法的技术包括：在不同的压力下进行悬浮、溶解、气相和凝聚，在这些条件下，乙烯基分子通过阴离子聚合形成线状大分子。

1.3、超高分子量PE

超高分子量聚乙烯（密度大于0.940克/立方厘米，即大于0.0338磅/立方英寸，分子量大于100万）。

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是分子量高达100万~600万的一类聚乙烯聚合物，具有的分子链长度是高密度聚乙烯（HDPE）的10～20倍。更长分子链（更高的分子量）赋予了UHMWPE的主要优势在于韧性、耐磨性和抗应力开裂性。由于它是聚乙烯的一种，UHMWPE也具有润滑性、耐化学性和通用HDPE 的优良电性能。长分子链使材料在通用的模塑和挤塑设备上难于加工。加热到熔点以上，UHMWPE变成透明的，但不流动。

UHMWPE虽然属于聚乙烯家族，但因其分子量太高而具有和普通聚乙烯完全不同的性能，所以有人也把UHMWPE划分为一种新型热塑性工程塑料。UHMWPE具有广阔的市场潜力，它的开发成功被普遍认为是20世纪十大科技成果之一。

2. 发展简史

超高分子量聚乙烯的发展史是和聚乙烯的发展史密不可分的。聚乙烯是目前塑料工业中产量最大的品种，最早出现的是高压法生产的低密度聚乙烯，以后又出现了地压法和中压法生产的高密度聚乙烯。1933年英国帝国化学公司首先发现在100-300MPa的高压下，乙烯能聚合成白色蜡状固体及聚乙烯，1937你获得

了高压法聚乙烯专利，1939年开始工业化。1953年德国K.Ziogler发现，用特殊的有机金属化合物做催化剂，可使乙烯在低压、低温下聚合获得高密度聚乙烯。到1957年，德国和美国都采用低压法进行工业化生产。

超高分子量聚乙烯是在发明了低压法聚合高密度聚乙烯才出现的，最早由德国赫斯特公司于1958年开发研制成功，并实现工业化，型号为GUR、VP9255等。其后美国赫尔克斯勒公司和日本三井化学工业株式会社、荷兰DMS公司相继实现了较大规模的工业化生产。目前这几家公司是世界上超高分子量聚乙烯原料的主要生产商。现在世界上最大的超高分子量聚乙烯原料生产厂家是德国赫斯特集团的迪科纳公司，年产四万吨，排名第二的美国蒙特尔公司，排名第三的是我国的北京助剂二厂（生产能力高达1.8万吨），其后是日本三井和荷兰DMS公司。

3. 合成方法

超高分子量聚乙烯的合成方法与普通的高密度聚乙烯类似，多采用齐格勒催化剂，在一定条件下使乙烯聚合即可得到超高分子量聚乙烯。此外还有索尔维法和U.C.C气相法。

(1). 齐格勒低压淤浆法

以TiCl3-Al(C2H5)2Cl或TiCl4-Al(C2H5)2Cl为催化剂，以60℃-120℃馏分的饱和烃为分散介质，在常压或接近常压，75-85℃条件下，使乙烯聚合，变合成相当分子量为100万~600万的超高分子量聚乙烯。超高分子量聚乙烯和普通聚乙烯在聚合上的区别，主要是聚合温度不同、催化剂的浓度不同以及是否加氢（超高分子量聚乙烯聚合时不加氢）。

(2). 索尔维法

是把菲利普斯法所采用的环形反应器和以含镁化合物为载体的齐格勒高效催化剂结合的一种新的方法。索尔维法的催化剂是以氧化镁作为载体，有机金属化合物（如三乙基铝、三异丁基铝、异丁异戊烷基铝等）作为催化剂，改变载体的活化温度，即可调节聚合物的相对分子量。索尔维法工艺是把乙烯、共聚单体、催化剂、氢和己烷(稀释剂)一起加入环形反应器，反应温度60-90℃，反应压力为3MPa，停留时间为2.5-3.0小时。聚合物浆液减压后进入第一汽提塔，出去全部未反应的乙烯和大部分溶剂，聚合物进入第二汽提塔继续脱出残留溶剂，在这两个汽提塔中将催化剂的活性彻底破坏，一面引起聚合。从第二汽提塔出来的浆液（聚合物粉末和水）经离心、干燥、造粒后即得成品。

(3). U.C.C气相法

是美国联合碳化物公司发明的使乙烯在流化床中气相低压聚合，直接制造干粉状聚乙烯的方法。催化剂一般选用有机铬化合物或齐格勒催化剂。聚合反应在

流化床反应器中进行，聚合温度95-105℃，压力为2.1 MPa，停留时间3-5小时。聚乙烯产品通过反应器床层高度来自动出料，聚乙烯粉末灰分含量极低，铬含量小于100mg/kg，所以不经过后处理即可直接造粒得到产品。

4. 超高分子量聚乙烯的性能

UHMWPE极高的分子量赋予其超乎寻常的使用性能，它几乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀，吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不易粘附、不易吸水、密度较小等综合性能，事实上目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能。

耐磨性

在目前所有工程塑料中，UHMWPE的耐磨性最好，最引人注目，甚至超过许多金属材料（如碳钢、不锈钢、青铜等）。UHMWPE的耐磨性比尼龙（PA）66和聚四氟乙烯（PTFE）高4倍，比碳钢高7倍，比钢管输送效率提高20%。UHMW-PE管，在强腐蚀和高磨损条件下使用寿命是钢管的4-6倍，而且提高输送效率20%，充分展现了“节能、环保、经济、高效” 的优越性。

耐冲击性

UHMWPE耐冲击性居塑料之首，冲击强度在所有工程塑料中名利前茅。无论是外力强冲击，还是内部压力波动，都难以使其开裂。它的耐冲击性是尼龙66的10倍，聚氯乙烯的20倍，聚四氟乙烯的8倍，ABS的5倍，PC的2倍，且能在液氮温度（-196℃）下保持高韧性，特别是在低温环境，其冲击强度反而达到最高值。

抗老化性

性能稳定，抗老化性好，地面、地下埋没均可，50年不老化。按ASTM方法（负荷4.6kg/cm2）,热变形温度为85℃，使用温度可达90℃，特殊情况下，允许在更高的温度下使用。UHMWPE是一种韧性极好的材料，它的耐低温性能也非常优异，在-269℃低温下，仍具有一定的延展性，而没有脆裂迹象。

电性能

体积电阻大，达1017-18SL-CM，击穿电压达50KV/MM，介电常数为2.3。在较宽的温度及频率范围内，适宜用作电气工程的结构材料。

自润滑性

有极低的磨擦因数（0.05-0.11）故自润滑性优异，动磨擦因数在水润滑条件下是PA66和POM的1/2，在无润滑条件下仅次于自润滑最好的聚四氟乙烯（PTFE）当它以滑动或转动形式工作时，比钢和黄铜添加润滑剂的润滑性还要好，因此在磨擦学领域被誉为成本性能非常理想的磨擦材料。

耐腐蚀性