Материал hppe что это

Все о сверхвысокомолекулярном полиэтилене

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности входит в группу термопластичных, его второе название — высокомодульный полиэтилен. Данный материал обладает исключительными физическими и механическими свойствами, его характеристики отличаются от других материй, созданных на основе полиэтилена. Его главная особенность заключается в строении, он состоит из прямых длинных цепочек, расположенных параллельно. Это цепочки состоят из молекул сверхвысокой массы, в отличие от кевлара с короткими молекулами, связи между ними будут более слабыми.

Эти свойства позволяют материалу эффективно распределять приходящуюся на него нагрузку. Высокомодульный полиэтилен очень прочный и жесткий, это самый выносливый материал в своем классе. В этой статье мы расскажем, как его перерабатывают, где применяют, в чем плюсы и минусы материала.

Короткое название этого пластичного материала — PE-500. Высокая прочность позволяет использовать его в самых экстремальных условиях.

Что это такое?

Все цепочки в структуре данного пластичного полимеризованного этилена располагаются в одинаковом направлении. Поэтому они могут распределять нагрузку и выдерживать ее высокие уровни. Внешне он выглядит, как самый обычный пластик. Он плотный и твердый, в производстве не используется токсических веществ, поэтому запах у него отсутствует. Чтобы создать такое вещество, необходимо провести синтез этилена с катализаторами из металлоценов, процедура проходит в условиях сниженного давления. Чтобы придать нужный цвет, технологический процесс дополняется добавлением колера.

Помимо PE-500 существует PE-1000, его молекулярная масса в два раза выше. В такой модификации он настолько крепкий и прочный, что превосходит по данным характеристикам некоторые виды нержавеющей стали.

Плюсы и минусы

У данного материала есть весомые преимущества перед другими полиэтиленами:

Недостаток заключается в невысокой температуре плавления — около 150 градусов по Цельсию, по этой причине его разрешено использовать при температурном режима до ста градусов.

Сверхмолекулярный полиэтилен появился совсем недавно, его изготавливают две российские компании. Его стоимость высокая, это связаны с большими затратами и сложностями в производстве.

Характеристики и качества

Показатели прочности такие высокие благодаря особой структуре с параллельным расположением цепочек. Причина невысокой теплостойкости тоже заключается в строении — связи между некоторыми молекулами могут быть слабыми.

Другие характеристики для PE-1000 такие:

Входит в категорию нормально воспламеняемых. При использовании не вредит экологии, так как не выделяет вредных веществ.

Методы изготовления

Стандарты переработки высокомодульного полиэтилена определяются ГОСТом номер 16338-85. Он предполагает создание этилена под воздействием металлоценовых катализаторов. Обработка осуществляется разными способами.

Прессование горячего типа и спекание

Таким образом делают монолитные конструкции, цилиндры и пласты. Далее их обрабатывают механически, чтобы сделать разные детали, строганую ленту. Сначала порошок-полимер подвергается холодному прессованию, затем технология предполагает спекание на температуре 200 градусов. Так получаются заготовки — блоки, пласты и другие.

Плунжерная экструзия

Сначала исходное сырье плавится на высокой температуре и становится однородной массой, похожей на резину. Затем из него разными устройствами с насадками выдавливают трубы, стержни, ленты.

Гель-прядение

Это самый популярный способ обработки. Переработка осуществляется в несколько этапов. Сперва сырье растворяют в парафиновом масле, получившееся вещество продавливается через тонкие отверстия, как из мясорубки, и попадает в воду. Так получаются волокна, которые будут обжигать в специальной печи, параллельно вытягивая и удаляя растворители из общей массы. Полученное волокно обладает высочайшей прочностью.

Где и как используется?

Применение сверхвысокомолекулярного полиэтилена — это самый интересный вопрос. Возможно, ты с ним регулярно сталкиваешься, но просто не знаешь, что это именно он. Применение достаточно обширное. Благодаря тому, что по качеству материал приравнивается к некоторым маркам стали, его используют в качестве замены высоколегированной стали, цветных металлов и прочих материалов.

Перечислим сферы, в которых этот материал получил наибольшее распространение.

Медицина

В медицинской сфере нужны прочные материалы, обладающие высокими гигиеническими свойствами. В первую очередь для изготовления прочных, безопасных для здоровья и долговечных имплантов. Высокомодульный полиэтилен применяется для этого с 1962 года. На сегодняшний день из него успешно делают зубные импланты в стоматологии, изготавливают протезы-заменители тазобедренного сустава для хирургии. Также вещество используется в ортопедии, из него делают приспособления, которые должны обладать повышенной жесткостью.

Пищевая, химическая, легкая промышленность

Нашел применение в следующем: его используют для производства оборудования и комплектующих для него в пищевом сегменте. Также сверхвысокомодульный полиэтилен идет на производство емкостей, цистерн и бочек. В них можно хранить вещества с агрессивными химическими свойствами. В легкой промышленности идет на производство флаконов для косметических средств и бытовой химии.

Военное дело

Машиностроение

В этой отрасли необходимы прочные материалы для создания деталей, пригодных для работы в масляной и гидравлической среде. Из высокомодульного полиэтилена делают втулки, подшипники, разные шестеренки, вкладыши, они выходят очень прочными к механическому воздействию. PE-1000 применим для выпуска деталей пневмо установок, работающих под высоким давлением.

Оборудование для спорта

В спортивной индустрии его очень много. Присутствует в лыжах, сноубордах, оборудовании для альпинистов, костюмах для фехтовальщиков. Используется при создании детских спортивно-игровых комплексов, выпуска самого разнообразного инвентаря для детей и взрослых.

Также сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности встречается и в быту. Из него делают товары для цветоводства, садовый инвентарь, оборудование для ванных комнат, мебель, детские игрушки. Он присутствует даже в сложной технике, например, в каждом смартфоне.

Источник

Сферы применения

Машиностроение.

Детали бумагокартонноделательных машин, гонки для ткацких станков, лента для металлорежущих станков, направляющие станков, оборудование для горнорудной промышленности, для керамических производств, для авиастроения, вагоностроения, сельскохозяйственного машиностроения (прокладки, уплотнители, ролики, валики, вкладыши, втулки, муфты, блоки, винты, подшипники, шестеренки, зубчатые колеса и т.п.);

Химическая промышленность.

Облицовка и футеровка различных емкостей, машин и аппаратов; изготовление труб и фланцев, лопастей и валов мешалок, поплавков, прокладок и уплотнений, деталей клапанов, сальников и втулок для насосов; уплотнения между стеклянными и металлическими трубопроводами, фильтры для очистки от агрессивных сред, сепарационные материалы, производство ионитных формованных катализаторов;

Подъемно-транспортное оборудование.

Облицовка ковшов экскаваторов и щитов бульдозеров, направляющие устройства, ленты транспортеров, шнеки, цепные колеса, звездочки, ролики, диски, скребки и т.п.;

Судостроение.

Строительство.

Облицовка копров, покрытия дорожных катков, покрытия кузова для груза самосвала и т.п.;

Гальванотехника.

Ванны, барабаны, валки, направляющие;

Электротехника.

Изоляторы, опоры, кабелепроводы, детали прерывателей тока, изолирующие детали в диапазоне высоких и сверхвысоких частот, зажимы и оболочки кабелей, контактные вкладыши штепселей, каркасы катодных ячеек, детали оборудования для электронной и часовой промышленности и т.п.;

Криогенная техника.

Манжеты, поршневые кольца, прокладки, уплотнения;

Медицина.

Эндопротезы крупных суставов человека и животных и другие элементы внутреннего протезирования, ортопедические изделия;

Пищевая промышленность.

Оборудование для кондитерской, хлебобулочной, мясной и молочной промышленности, транспортирующие шнеки для фруктовой пульпы, направляющие и отводные ролики в машинах для заполнения бутылок и наклейки этикеток, разделочные доски для приготовления пищи;

Спортивные товары.

Ограждения хоккейных полей, синтетический каток – замена дорогостоящих холодильных установок для производства искусственного льда на быстромонтируемые СВМПЭ скользящие поверхности, защитные щитки, полозья саней, покрытия кегельбанов, скользящая поверхность лыж, подкладки под лыжные ботинки, чехлы для коньков, клюшки, каски, лодки, волокна для теннисных ракеток, лески для рыбной ловли;

Источник

Защита рук от порезов. Кевларовые и другие защитные перчатки.

Перчатки с защитой от порезов необходимы при любой интенсивной работе с ножами и острым инструментом, в частности при заточке ножей. Для защиты кистей рук от порезов применяются перчатки с самыми прочными видами материалов, выдерживающих нагрузки не только на разрез, но и на прокол, разрыв и истирание. Основными материалами, применяемыми для таких перчаток, являются: арамидное волокно (кевлар), волокна Dyneema, а также смесь этих материалов со стекловолокном и металлическими нитями.

Материал «арамид» представляет собой так называемый ароматический полиамид (aromatic polyamide) – длинную цепочку синтетического полиамида, то есть пластмассы на основе линейных синтетических молекулярных соединений, содержащих в основной цепи амидные группы −CONH−. Свойства полученных из полиамида волокон определяются одновременно химической и физической микроструктурой. Амидные связи обеспечивают высокую энергию диссоциации, то есть прочность химической связи и повышенную термостабильность. Всего известны три типа применяемых в промышленности арамидных волокон: пара-арамиды (п-арамиды), мета-арамиды (м-арамиды) и сополимеры полиамида.

Источник фото: https://xtkani.ru/aramidnaya/

Самые известные в мире пара-арамиды производятся под торговыми марками Kevlar и Twaron. Серийно производимые волокна Kevlar 29, Kevlar 49, Kevlar имеют большой модуль упругости и для разрыва такой ткани необходимы большие усилия: от 250 до 600 кг на квадратный миллиметр. Кевлар имеет плотность 1400-1500 кг/м куб, что почти в 2 раза легче стекловолокна. Важным свойством этого материала является то, что он практически не подвержен горению и плавлению при высоких температурах. Кроме того, кевларовые волокна являются электроизолятором и упрочняются на холоде, позволяя применять изделия из ткани в самых тяжелых климатических условиях. Кевлар отличается мягкостью, гигроскопичностью и способностью к воздухообмену. Все эти свойства обуславливает применение пара-арамидов в качестве корда для шин, а также различных баллистических и композитных материалов. Высочайшая прочность позволяет противостоять пулевым ударам и применяется при изготовлении бронежилетов.

Источник фото: https://www.partner-moto.ru/blog/kevlar-material-kotoriy-zaschischaet-mototsiklistov/

Волокна Dyneema (СВМПЭ)

Изделия из СВМПЭ получаются следующими методами обработки:

Непрерывное профильное прессование, или штранг-прессование

Именно с помощью гель-формирования получают самые прочные волокна марок Dyneema и Spectra для тросов, строп, для использования в баллистической защите, в сфере оборонных технологий.

Источник фото: https://linysyntetyczne.pl/lina_dyneema_3MM_oplot_poliestrowy

В процессе производства пластичную массу СВМПЭ растворяют в декалине и затем выдавливают в водный раствор, а получившийся гель вытягивают при температуре около 100 градусов, удаляя при этом растворитель. В процессе формования, состоящие из длинных линейных цепочек полиэтилена молекулы, закручиваются в волокна, и теряют межмолекулярные связи. В результате этого процесса ориентация молекул становится параллельной, а за счет высокой молекулярной массы волокна становятся прочными, нерастяжимыми, нейтральными к водным и химическим растворам, получают высокую износостойкость, устойчивость к ультрафиолету и небольшой вес.

При сравнении волокон Dyneema с кевларом, первые выигрывают по многим характеристикам. В частности: по прочности на разрыв, по устойчивости к ультрафиолетовому излучению, а главное по стойкости к намоканию, которая существенно понижает прочностные качества кевлара и совершенно не оказывает воздействия на свойства высокомодульного полиэтиленового волокна.

Механические риски и методы их испытаний определяются в стандарте DIN EN 388: 2003 по следующим критериям:

1. Устойчивость к истиранию.

Проверяется обработкой перчатки наждачной бумагой под давлением. Число циклов необходимых для протирания отверстия в материале служит эталоном. Максимальным уровнем считается 8000 циклов.

2. Устойчивость к порезу.

Определяется с помощью вращения круглого лезвия, которое прорезает перчатку с постоянной скоростью. После чего происходит сравнение с эталонным материалом служит эталоном и результирующим индексом. Максимальный индекс 20.

3. Сопротивление разрыву.

Для проверки сопротивления на разрыв материал перчаток сначала разрезается. Сила, необходимая для разрыва материала, служит эталоном. Максимальный уровень эффективности составляет 75 ньютонов.

4. Прочность к проколу.

Для измерения сопротивления к проколу, перчатка пробивается гвоздем определённого размера. Используемая сила служит эталоном. Максимальный уровень эффективности составляет 150 ньютонов. Этот тест испытывает только прочность самой ткани, но не способность печатки защищать руку от травм. Перчатки не могут защитить от колющего удара и даже есть ткань выдержит давление, рука человека все равно будет травмирована.

Синтетические волокна, смешанные со стекловолокном и металлическими нитями

С целью усиления надежности перчаток от порезов применяется технология смешивания волокон кевлара или высокомолекулярного полиэтилена с нитями из стекловолокна и металлов. В частности, в таких перчатках может применятся основа из 55% HPPE (молекулярный полиэтилен), 20% нейлона, 15% стекловолокна, 10% спандекса, с покрытием – 100% полиуретана. Перчатки могут быть выполнены в технике платированного вязания – гладкая нить HPPE размещается на внутренней, соприкасающейся с кожей стороне перчатки, что придает дополнительный комфорт при работе. Покрытие ладони и кончиков пальцев из 100% полиуретана улучшает захват и увеличивает срок эксплуатации перчаток. Тыльная сторона перчаток зачастую остается без покрытия, что позволяет коже дышать.

Другой технологией является вшивание в ткань металлических нитей. На основу из высокомолекулярного полиэтиленового волокна HPPE добавляются волокна нержавеющей стали, стекловолокна, полиэфирных и полиамидных волокон. Такие перчатки изготавливаются бесшовным способом и обеспечивают комфортную носку и подвижность руки.

Перчатки от порезов безусловно необходимы всем, кто в течение длительного времени работает с острыми предметами и, в частности, точит ножи. Порезы всегда преследуют заточника и важным элементом безопасности выступают такие перчатки.

Источник

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ UHMWPE)

Разновидности СВМПЭ UHMWPE UPE

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE, PE-UHMW, UPE) также известен, как High modulus polyethylene (HMPE), High perfomance polyethylene (HPPE), PE-1000, ПЭ-1000. Полиэтилен(ПЭ) – термопластичный полимер этилена, является самой распространённой в мире пластмассой. СВМПЭ представляет собой разновидность полиэтилена с наибольшей из всех ПЭ молекулярной массой.

Характеристики СВМПЭ UHMWPE UPE, совместимость со средами

Свойства СВМПЭ определяются, прежде всего, очень большим значением молекулярной массы (от 3 до 10 миллионов грамм на моль). Длинные линейные цепочки полиэтилена с относительно слабыми межмолекулярными связями оказываются в той или иной мере связанными между собой посредством физических узлов (зацепление молекул), а также проходными молекулами.

Физические свойства СВМПЭ

Проходные молекулы исходного кристаллического полимера и физические узлы сохраняются и при деформировании полиэтилена, связывая отдельные участки элементов надмолекулярной структуры и обеспечивая их прочность. По мере увеличения числа макромолекул содержание таких проходных цепей и физических узлов возрастает, следовательно, увеличивается количество связываемых ими элементов надмолекулярной структуры. Это, в свою очередь, приводит к увеличению прочности, стойкости к удару и к растрескиванию СВМПЭ.

Уникальные механические свойства СВМПЭ (UPE)

СВМПЭ (UPE) проявляет уникальные механические свойства, обладает высокой износостойкостью, стойкостью к удару и истиранию и абразивному износу, превосходя по данным качествам другие полимеры и многие сорта стали. СВМПЭ имеет хорошие антифрикционные свойства, сравнимые с фторопластами и полиамидами.

СВМПЭ (UPE) обладает отличной стойкостью к действию щелочей любой концентрации и водных растворов нейтральных, кислых и основных солей. СВМПЭ стоек к органическим кислотам, а также к концентрированным соляной и плавиковой кислотам. Серная кислота до 80%-ной концентрации при комнатной температуре не оказывает на СВМПЭ никакого воздействия.

СВМПЭ, как и обычный полиэтилен низкого давления (ПЭНД), изменяет свои свойства и даже разрушается под действием окислителей. Азотная кислота, даже при довольно низкой концентрации, разрушает СВМПЭ. Окисление и разрушение значительно усиливаются при увеличении температуры эксплуатации изделия.

Жидкий и газообразный хлор и фтор также разрушают СВМПЭ, а бром и йод поглощаются им и диффундируют сквозь полимер. Однако разбавленные растворы хлора и различные отбеливающие вещества слабо действуют на СВМПЭ.

СВМПЭ обладает низкой газо и паро- проницаемостью. Проницаемость СВМПЭ наименьшая для сильнополярных веществ и наибольшая для углеводородов, поэтому СВМПЭ выгодно отличается от других полимеров малой проницаемостью для воды и водяных паров. В связи с этим изделия из СВМПЭ пригодны для использования не только во влажном воздухе, но и при непосредственном контакте с водой.

СВМПЭ обладает высокой физиологической инертностью.

Применение СВМПЭ UHMWPE UPE

Уникальное сочетание химической стойкости, твёрдости, скольжения, относительно низкая стоимость СВМПЭ позволяют использовать его как в качестве экономически эффективной замены дорогостоящих материалов, так и в качестве материала, оптимального для определенных задач.

СВМПЭ (UPE) применяется для изготовления деталей машин для целлюлозобумажной, горнорудной, химической, текстильной, судостроительной, авиационной, атомной, электротехнической промышленности. Благодаря хладостойкости СВМПЭ применяется в криогенной технике. Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена используются в производстве противопульных жилетов и брони, превосходя по ряду качеств кевлар. Тросы и кабели судов, изготовленные из СВМПЭ и известные как «SpectraWires», обладают высокой прочностью и не тонут в воде. Тросы и ткани применяются в альпинистском снаряжении, парусном и парашютном спорте. СВМПЭ используется для производства ограждения хоккейных полей, покрытия кегельбанов, клюшек, касок, лодок, волокон для теннисных ракеток, лески для рыбной ловли.

СВМПЭ (UPE) широко применяется в производстве шлангов и рукавов в качестве внутреннего слоя, контактирующего с рабочей средой. СВМПЭ сравним с политетрафторэтиленом (ПТФЭ, PTFE, тефлон, фторопласт-4) по химической стойкости, при этом значительно превосходит их по стойкости к абразивному износу со стороны рабочей среды. С другой стороны, СВМПЭ заметно уступает ПТФЭ по устойчивости к высоким температурам. Рабочая температура СВМПЭ ограничена 100°С, кратковременно 135°С, рабочая температура покрытия ПТФЭ – свыше 260°С, рабочая температура изделия с покрытием из ПТФЭ обычно ограничена свойствами резиновой основы шланга.

Биологическая инертность и свойства, допускающие возможность стерилизации материала, позволяют применять СВМПЭ в медицинской и пищевой промышленности. Так, СВМПЭ применяется для изготовления эндопротезов, особенно протезов крупных суставов. СВМПЭ повышенной степени чистоты сочетает биологическую инертность, механическую прочность и низкий коэффициент трения, что позволяют создавать протезы, способные выдерживать очень высокие нагрузки на сжатие и трение в течение времени, равного сроку жизни человека.

В нашем ассортименте представлен резиновый шланг для кислот и щелочей Elaflex UTD, UTS, UTL с внутренним покрытием из высокомолекулярного полиэтилена, предназначенный как для жидких, так и для пастообразных сред в том числе и химически агрессивных.

Технология производства СВМПЭ UHMWPE UPE

Промышленная полимеризация СВМПЭ была освоена компания Ruhrchemie AGв 1950-х, сейчас данный материал производится многими компаниями, в т.ч. DSM, Ticona, Braskem, BASF AG, Mitsui, Honeywell и др.

В России работает ряд опытно-промышленных производств, например «Полинит» («Казаньоргсинтез»), ФГУП «ВНИИСВ» (Тверь). Холдинг Сибур сообщал о планах развития промышленного синтеза СВМПЭ на базе «СИБУР-Томскнефтехим».

СВМПЭ синтезируется из мономерных молекул этилена путем синтеза на основе металлоценовых катализаторов. СВМПЭ обрабатывается путем прессования, плунжерной экструзии, спекания. К новым методам следует отнести выдувное формования пленки, гель-формование (гель-формирование, гель-прядение) и гидроэкструзию. Гель-формование является ключевой технологией для производства волокон.

Источник