超高分子量聚乙烯的部分應(yīng)用

1.簡介超高分子量聚乙烯，英文簡稱UHMWPE，是分子量150萬以上的無支鏈的線性聚乙烯。分子式：—(—CH2-CH2—)—n—，密度：0.920～0.964g/cm3，熱變形溫度(0.46MPa)85℃，熔點130～136℃。超高的分子量使得UHMWPE具有獨特的物理化學(xué)性能，如耐磨性、高抗沖性、潤滑性、耐化學(xué)腐蝕性等，在國防軍事、海洋工程、繩索和紡織品及運動器材等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。此外，UHMWPE楊氏模量約0.5~0.8GPa，與人體骨骼相近，摩擦系數(shù)低，具有良好的生物相容性，可用于制備人工膝關(guān)節(jié)、人工髖關(guān)節(jié)和人工心臟瓣膜等。2.UHMWPE材料性能（1）耐磨性好：磨耗量(MPC法)20mm，耐磨性比鋼高4-7倍，比LLPE高10倍，在工程塑料行列中其摩擦系數(shù)最小。（2）抗沖擊性強：懸臂梁缺口沖擊沖不斷，具有較好的抗沖擊性和吸收沖擊能的特性（含外強沖擊力，內(nèi)壓力波動）。其沖擊強度是尼龍的2倍，聚氯乙烯的20倍；低密度線性聚乙烯（LLPE）的4倍。（3）柔韌性好：斷裂伸長率達(dá)到350%（一般鋼筋為30%左右），其斷裂拉伸強度28MPa，彎曲彈性模量600MPa。（4）耐腐蝕性強：超高分子量聚乙烯為飽和分子團(tuán)結(jié)構(gòu)，化學(xué)穩(wěn)定性極高，耐各種腐蝕介質(zhì)（酸、堿、鹽）及有機(jī)溶劑，適合海上使用。（5）耐候性好：超高分子量聚乙烯板材是分子量在150萬以上的飽和分子團(tuán)結(jié)構(gòu)，在紫外線照射下，即使無抗紫外線添加劑，也不會老化，抗老化極強，使用溫度-40℃～85℃，在-30℃時仍保持70%以上的機(jī)械性能。（6）自潤滑性好：超高分子量聚乙烯材料富含石墨，其表面光滑，在沒有任何潤滑脂的情況下摩擦系數(shù)極低，不易與其他各種物資粘連，水中微生物不易攀附。3.UHMWOE在航標(biāo)中的應(yīng)用根據(jù)航標(biāo)的使用區(qū)域及用途不同，配置不同的UHMWPE原料，對于生產(chǎn)用于內(nèi)河的錐、罐體時，主要考慮其耐碰撞的柔韌性、耐候性、抗沖擊性等，選用分子量稍小的超高分子量聚乙烯材料，一般取分子量大于250萬以上、粉料的目數(shù)稍小一些，原料中增加抗紫外線、抗氧化、抗老化添加劑等，采用加熱攪拌，然后供專用擠出機(jī)，采用阻力擠出的原理生產(chǎn)出型材與板材，供加工制作用。對于生產(chǎn)海上浮標(biāo)時，主要考慮其耐鹽霧、耐碰撞的柔韌性、耐候性、抗沖擊性及自潤滑性等，選用分子量稍大的超高分子量聚乙烯材料，一般取分子量大于350萬以上、粉料的目數(shù)稍大一些，原料中增加納米鈣、抗紫外線、抗氧化、抗老化添加劑等，采用加熱攪拌，然后供專用壓板機(jī)，采用壓力加熱成型工藝。4.UHMWOE在人工關(guān)節(jié)假體中的應(yīng)用假體設(shè)計（更薄的髖臼內(nèi)襯、部件之間鎖定機(jī)制或過盈配合、后穩(wěn)定型膝關(guān)節(jié)假體的凸輪與立柱、不同的關(guān)節(jié)面的形合度等）和假體的臨床需求（關(guān)節(jié)面承載和運動、邊緣載荷或撞擊、長期體內(nèi)氧化等）對UHMWPE的物理性能、耐磨損性能、抗疲勞性能和抗氧化性能等提出了較高的要求。在材料工藝改進(jìn)和假體設(shè)計開發(fā)時，需綜合考慮UHMWPE類型、抗氧化劑的成分（含量和在材料中的穩(wěn)定性）、抗氧化劑的添加方法（與粉末混合或型材滲透、工藝過程中添加的穩(wěn)定劑和助劑以及殘留）、輻照類型（射線或電子束）、輻照劑量、交聯(lián)后熱處理工藝過程（時間、溫度，如重熔或退火）、機(jī)械熱處理過程