Високомолекулярний поліетилен: опис, властивості, сфери застосування

З кожним днем в сферу діяльності людини вводяться нові матеріали, одержувані штучним шляхом. Одним з таких є високомолекулярний поліетилен, який вже з 50-х років минулого століття став комерційним продуктом, але справжню популярність набирає він тільки зараз.

Опис

Високомолекулярний поліетилен являє собою одну з різновидів термопластичного полімеризованого етилену. Головна його особливість – дуже довгі молекулярні ланцюга. Вони краще сприймаються і передають навантаження, «компенсуючи» їх міжмолекулярним взаємодією.


Своїм зовнішнім виглядом матеріал нічим не відрізняється від інших різновидів пластику. Він не має запаху, смаку, не володіє токсичними властивостями. Йому можна надати будь забарвлення впровадженням колеров. У той же час він володіє набором властивостей, які вигідно виділяють його перед іншими полімерами. Високомолекулярний поліетилен є твердим матеріалом з великою ударною міцністю. Він здатний витримувати значні за величиною напруги. Він не вбирає вологу, з-за чого не взаємодіє з людською шкірою і здається слизьким. Крім цього, володіє високою стійкістю до стирання (більше, ніж у сталі) і низьким коефіцієнтом тертя.

Властивості високомолекулярного поліетилену

Як вже зазначалося, головною особливістю даного високомолекулярного полімеру є довгі молекулярні ланцюга. Більше того, вони орієнтовані в одному і тому ж напрямку. Розташовуються практично паралельно один одному. Саме цим пояснюється міцність матеріалу.


Незважаючи на те що високомолекулярний поліетилен утворює довгі ланцюжки, зв'язок між окремими молекулами слабка. Цей показник на порядок нижче, ніж у кевлара не менш міцного матеріалу. Ця особливість робить полімер не теплостійких – він плавиться при температурі 144 градуси за Цельсієм. У складі цього поліетилену немає складних ефірів, амінів чи гідроксильних груп, які роблять матеріали сприйнятливими до хімічно активних і важким середовищ. Завдяки цьому речовина непідвладне води, вологи, агресивних реагентів, мікроорганізмів і УФ-променів.

Основні методи переробки

Вимоги, за якими має виготовлятися високомолекулярний поліетилен, ГОСТ 16338-85 містить у собі. Згідно з ним, синтез матеріалу проводять впливом металлоценовых каталізаторів на мономер – етилен. Для виробництва безпосередньо виробів застосовують такі основні види переробки:

Гель-прядіння. Сировину змішують з розчинником. Отриману масу продавлюють через отвори в воду. Утворені нитки обпалюють в печах з одночасним витягуванням їх видаленням розчинника.

Гаряче пресування і спікання. Порошкоподібну масу здавлюють великою силою, отримуючи тим самим однорідний матеріал. Потім він піддається термічній обробці – спікання при температурі 150-200 градусів.

Плунжерна екструзія. Сировина плавиться до однорідної, схожою на гуму масу, а потім видавлюється крізь спеціальні насадки.

Найбільше поширення отримало гель-прядіння. Адже саме таким способом отримують високомолекулярні поліетиленові волокна, що володіють великою міцністю.

Використання у військовій промисловості

Волокна, для виробництва яких використовується високомолекулярний полімер, широко використовуються для створення засобів особистого захисту, зокрема бронежилетів. Завдяки таким властивостям ниток, як низька питома вага і високий умовний межа плинності (відношення цих показників в 7-8 разів вище, ніж у сталі), броня виходить легкою і стійкою до кулями, осколками та іншим вражаючим елементів. Бронежилети виготовляються з листів, одержуваних шляхом накладення волокон один на одного під різними кутами. Завдяки такій технології з'являються мультиаксиальные тканини – особлива різновид склоподібних полотен, які стійко переносять напруги в будь-якому напрямку. Використовується для захисту торсу, кінцівок високомолекулярний поліетилен. Властивості мультиаксиальной тканини дозволяють захищати і бронетехніку, а також використовувати волокна для створення стійких до порізів рукавичок.

Застосування в медицині

У медицині високомолекулярний поліетилен використовується, головним чином, для створення імплантатів для кульшового суглоба і хребетного стовпа, кульшових суглобів. Вперше він використовувався з подібною метою в далекому 1962 році. І з тих пір став домінувати. Широко використовується і доопрацьований матеріал – сітчастий або зшитий полімер. Його отримують шляхом обстрілювання волокон високомолекулярного поліетилену гамма-квантами або електронами, які зшивають нитки один з одним. Після цього він піддається тепловому впливу, що знижує його окислювально-відновну здатність. Волокна на основі цієї сировини використовуються і для накладання швів. Лідером у виробництві даної продукції є компанія DSM, яка поставляє на медичний ринок нитки для швів під назвою Dyneema Purity.

Використання в промисловості

Найбільше застосування в промисловості знайшов високомолекулярний поліетилен листової, який поставляється на виробничий ринок плоскими заготівками завтовшки 2 див. На його основі виготовляють пластикові вікна престижного класу, ПВХ-панелі і різні конфігурації ПВХ-профілі. В машинобудуванні для виготовлення ущільнювальних кілець підшипників, створення деталей, що працюють в гідравлічній чи масляною середовищі, а також у пневматичних установках з високим робочим тиском, найчастіше застосовується високомолекулярний поліетилен 1000 – одна з основних різновидів полімеру.