Polietylen o wysokiej masie cząsteczkowej: opis, właściwości, zastosowania

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Każdego dnia w sferę ludzkiej działalności wprowadzane są nowe materiały pozyskiwane sztucznymi środkami. Jednym z nich jest polietylen o wysokiej masie cząsteczkowej, który stał się produktem komercyjnym od lat 50., ale dopiero teraz zyskuje prawdziwą popularność.

Opis

Polietylen o dużej masie cząsteczkowej jest rodzajem termoplastycznego spolimeryzowanego etylenu. Jego główną cechą są bardzo długie łańcuchy molekularne. Są lepiej postrzegane i przenoszą obciążenia, „kompensując” je oddziaływaniami międzycząsteczkowymi.

Wygląd materiału nie różni się od innych rodzajów plastiku. Jest bezwonny, bez smaku, nietoksyczny. Można nadać mu dowolny kolor poprzez wprowadzenie kolorów. Jednocześnie posiada zestaw właściwości, które odróżniają go od innych polimerów.

Polietylen o wysokiej masie cząsteczkowej to wytrzymały materiał o dużej odporności na uderzenia. On jest w stanie wytrzymaćznaczące stresy. Nie wchłania wilgoci, dzięki czemu nie wchodzi w kontakt z ludzką skórą i jest śliski. Ponadto charakteryzuje się wysoką odpornością na ścieranie (więcej niż stal) oraz niskim współczynnikiem tarcia.

Właściwości polietylenu o wysokiej masie cząsteczkowej

Jak już wspomniano, główną cechą tego polimeru o dużej masie cząsteczkowej są długie łańcuchy cząsteczkowe. Co więcej, są zorientowane w tym samym kierunku. Znajdują się one prawie równolegle do siebie. To wyjaśnia wytrzymałość materiału.

Pomimo faktu, że polietylen o dużej masie cząsteczkowej tworzy długie łańcuchy, wiązanie między poszczególnymi cząsteczkami jest słabe. Ta liczba jest o rząd wielkości mniejsza niż w przypadku kevlaru, który jest nie mniej wytrzymałym materiałem. Ta cecha sprawia, że polimer nie jest odporny na ciepło - topi się w temperaturze 144 stopni Celsjusza.

Ten polietylen nie zawiera estrów, amin ani grup hydroksylowych, które sprawiają, że materiały są podatne na reaktywne i ciężkie środowiska. Dzięki temu substancja nie jest narażona na działanie wody, wilgoci, agresywnych odczynników, mikroorganizmów oraz promieni UV.

Główne metody recyklingu

Wymagania, zgodnie z którymi powinien być produkowany polietylen o wysokiej masie cząsteczkowej, zawiera GOST 16338-85. Według nich synteza materiału odbywa się poprzez działanie katalizatorów metalocenowych na monomer – etylen. Do bezpośredniej produkcji produktów stosuje się następujące główne rodzaje przetwarzania:

1. Przężenie żelu. Surowieczmieszany z rozpuszczalnikiem. Powstała masa jest wciskana przez otwory do wody. Powstałe włókna są wypalane w piecach podczas wyciągania ich i usuwania rozpuszczalnika.
2. Prasowanie na gorąco i spiekanie. Sproszkowana masa jest ściskana z dużą siłą, dzięki czemu uzyskuje się jednorodny materiał. Następnie poddawany jest obróbce cieplnej – spiekaniu w temperaturze 150-200 stopni.
3. Wyciskanie tłoka. Surowiec jest topiony do jednorodnej, gumopodobnej masy, a następnie wyciskany przez specjalne dysze.

Przędzenie żelowe jest najbardziej rozpowszechnione. W końcu w ten sposób uzyskuje się wysokocząsteczkowe włókna polietylenowe o dużej wytrzymałości.

Użycie wojskowe

Włókna, do produkcji których używany jest polimer o wysokiej masie cząsteczkowej, są szeroko stosowane do tworzenia środków ochrony osobistej, w szczególności kamizelek kuloodpornych. Dzięki takim właściwościom nici jak niski ciężar właściwy i wysoka granica plastyczności (stosunek tych wskaźników jest 7-8 razy wyższy niż stali), pancerz jest lekki i odporny na kule, odłamki i inne niszczące elementy.

Pancerze są wykonane z arkuszy otrzymanych przez nakładanie włókien na siebie pod różnymi kątami. Dzięki tej technologii powstają tkaniny wieloosiowe - specjalny rodzaj tkanin szklistych, które wytrzymują naprężenia w dowolnym kierunku. Polietylen o wysokiej masie cząsteczkowej służy do ochrony tułowia, kończyn. Nieruchomościwieloosiowe tkaniny umożliwiają ochronę pojazdów opancerzonych, a także wykorzystanie włókien do tworzenia rękawic odpornych na przecięcie.

Zastosowania medyczne

W medycynie polietylen o wysokiej masie cząsteczkowej jest używany głównie do tworzenia implantów stawu biodrowego i kręgosłupa oraz stawów kolanowych. Po raz pierwszy został użyty do tego celu w 1962 roku. I od tego czasu zaczął dominować.

Szeroko stosowany i modyfikowany materiał - siatka lub usieciowany polimer. Uzyskuje się go przez powlekanie włókien polietylenu o wysokiej masie cząsteczkowej kwantami gamma lub elektronami, które zszywają ze sobą nici. Następnie jest wystawiony na działanie ciepła, co zmniejsza jego zdolność redoks.

Włókna oparte na tym surowcu są również używane do szycia. Liderem w produkcji tych produktów jest firma DSM, która zaopatruje rynek medyczny w nici szwowe o nazwie Dyneema Purity.

Zastosowanie przemysłowe

Płyta polietylenowa o dużej masie cząsteczkowej, która jest dostarczana na rynek produkcyjny w postaci płaskich kęsów o grubości 2 cm, znalazła największe zastosowanie w branży. Okna plastikowe klasy prestiżowej, panele PCV i profile PCV w różnych konfiguracjach są wykonane na jego podstawie.

W inżynierii mechanicznej do produkcji pierścieni uszczelniających, łożysk, tworzenia części działających w środowisku hydraulicznym lub olejowym orazrównież w instalacjach pneumatycznych o wysokim ciśnieniu roboczym najczęściej stosowany jest polietylen o dużej masie cząsteczkowej 1000 - jeden z głównych rodzajów polimerów.