Високомолекулярний поліетилен опис, властивості, сфери застосування

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

Високомолекулярний поліетилен є одним з різновидів термопластичного полімеризованого етилену. Головна його особливість – дуже довгі молекулярні ланцюги. Вони краще сприймаються та передають навантаження, «компенсуючи» їх міжмолекулярною взаємодією.

Своїм зовнішнім виглядом матеріал нічим не відрізняється від інших видів пластику. Він не має запаху, смаку, не має токсичних властивостей. Йому можна надати будь-яке забарвлення використанням відтінків. У той же час він має набір властивостей, які вигідно виділяють його перед іншими полімерами.

Високомолекулярний поліетилен є жорстким матеріалом із великою ударною міцністю. Він здатний витримувати значні за величиною напруги. Він не вбирає вологу, через що не взаємодіє з людською шкірою і здається слизьким. Крім цього, має високу стійкість до стирання (більше, ніж у сталі) і низький коефіцієнт тертя.

Властивості високомолекулярного поліетилену

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

Незважаючи на те, що високомолекулярний поліетилен утворює довгі ланцюжки, зв'язок між окремими молекулами слабкий. Цей показник на порядок нижчий,ніж у кевлару щонайменше міцного матеріалу. Ця особливість робить полімер не теплостійким – він плавиться за температури 144 градуси за Цельсієм.

У складі цього поліетилену немає складних ефірів, амінів або гідроксильних груп, які роблять матеріали сприйнятливими до хімічно активних та важких середовищ. Завдяки цьому речовина непідвладна воді, волозі, агресивним реагентам, мікроорганізмам та УФ-променям.

Основні методи переробки

Вимоги, згідно з якими повинен виготовлятися високомолекулярний поліетилен, ГОСТ 16338-85 містить у собі. Відповідно до них, синтез матеріалу проводять впливом металоценових каталізаторів на мономер – етилен. Для виробництва безпосередньо виробів застосовують такі основні види переробки:

Гель-прядіння. Сировину змішують із розчинником. Масу, що вийшла, продавлюють через отвори у воду. Утворені нитки обпалюють у печах з одночасним витягуванням і видаленням розчинника.
Гаряче пресування та спікання. Порошкоподібну масу здавлюють великою силою, отримуючи цим однорідний матеріал. Потім він піддається термічній обробці - спіканню при температурі 150-200 градусів.
Плунжерна екструзія. Сировина плавиться до однорідної, схожої на гуму маси, а потім видавлюється через спеціальні насадки.

Найбільшого поширення набуло гель-прядіння. Адже саме таким способом отримують високомолекулярні поліетиленові волокна, що мають велику міцність.

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 та висока умовнамежа плинності (ставлення цих показників у 7-8 разів вище, ніж у сталі), броня виходить легкою і стійкою до куль, осколками та іншим елементам, що вражають.

Бронежилети виготовляються з листів, одержуваних шляхом накладання волокон один на одного під різними кутами. Завдяки такій технології з'являються мультиаксіальні тканини - особливий різновид склоподібних полотен, які стійко переносять напруги в будь-якому напрямку. Використовується для захисту торса, кінцівок високомолекулярного поліетилену. Властивості мультиаксіальної тканини дозволяють захищати бронетехніку, а також використовувати волокна для створення стійких до порізів рукавичок.

Застосування у медицині

У медицині високомолекулярний поліетилен використовується, головним чином, для створення імплантатів для кульшового суглоба та хребетного стовпа, колінних суглобів. Вперше він використовувався з подібною метою далекого 1962 року. І з того часу став домінувати.

Широко використовується і доопрацьований матеріал – сітчастий або пошитий полімер. Його одержують шляхом обстрілювання волокон високомолекулярного поліетилену гамма квантами або електронами, які зшивають нитки один з одним. Після цього він піддається тепловому впливу, що знижує його окисно-відновну здатність.

Волокна на основі цієї сировини використовуються для накладання швів. Лідером у виробництві цієї продукції є компанія DSM, яка постачає на медичний ринок нитки для швів під назвою Dyneema Purity.

Використання в промисловості

Найбільше застосування у промисловості знайшов високомолекулярний поліетилен листовий, який постачається на виробничий ринок плоскими заготовками завтовшки 2 см. На його основі виготовляють пластикові вікна.престижного класу, ПВХ-панелі та різні за конфігурацією ПВХ-профілі.

У машинобудуванні для виробництва ущільнювальних кілець, підшипників, створення деталей, що працюють у гідравлічному або масляному середовищі, а також у пневматичних установках з високим робочим тиском, найчастіше застосовується високомолекулярний поліетилен 1000 – один з основних різновидів полімеру.