Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ, англ. Ultra-high molecular weight polyethylene, UHMW PE) — термопластичный полимер, конструкционный материал, пригодный для работы в экстремальных условиях эксплуатации.
Синонимы:
Сверхвысокая масса молекул определяет уникальные свойства СВМПЭ, отличные от других разновидностей полиэтилена.
В промышленности СВМПЭ впервые стали применяться в 1950-х годах фирмой «Ruhrchemie AG», а в 1960-х годах А. Дж. Пеннингс, сотрудничая с компанией «DSM» (Нидерланды), синтезировал из СВМПЭ волоконные структуры с очень высокой прочностью. В 1970-х годах специалистами из DSM на основе открытий Пеннигса удалось создать волокна.[1]
Молекула СВМПЭ состоит из длинных линейных цепочек полиэтилена (молекулярная масса — 3,5—7,5 млн. а. е. м.[2]) с относительно слабыми межмолекулярными связями (10-20 кДж/моль) (в отличие, например, от кевлара, с его относительно короткими молекулами и сильными межмолекулярными связями). Уровень параллельности ориентации молекул может превышать 95 %, а степень кристалличности доходит до 85 %.
В связи со строением молекул СВМПЭ является термопластичным веществом с относительно невысокой температурой плавления (144—152 °С), поэтому изделия из СВМПЭ не рекомендуется эксплуатировать при температурах превышающих 80—100 °С.
СВМПЭ обладает очень низким для органических полимерных соединений водопоглощением, в пределах 0,01—0,05 %[3][4], что обусловлено отсутствием в молекулах СВМПЭ полярных групп (сложноэфирных, амидных, гидроксильных группировок). Поэтому свойства СВМПЭ не изменяются при воздействии воды (у кевлара прочность при намокании уменьшается в 2 раза из-за нарушения слабых водородных связей амидных групп, при высыхании прочность восстанавливается не полностью), а поверхность изделий из СВМПЭ — гладкая на ощупь.
СВМПЭ также устойчивы к воздействию большинства кислот и щелочей, ультрафиолетового и гамма[5] излучения и микроорганизмов[3][4][6]. При наличии долговременной статической нагрузки, действующей на растягивание, СВМПЭ деформируется пока существует механическое напряжение (такое свойство называется ползучестью).
Удельная плотность чистого СВМПЭ — примерно 0,93—0,94,г/см³ с добавками — 0,95 г/см³[3]. Отношение предела прочности на разрыв к массе у СВМПЭ на 40 % больше, чем у арамидных соединений типа кевлара[7][8].
СВМПЭ имеет достаточно высокий модуль упругости при изгибе — около 1 ГПа и разрушающее растягивающее или изгибное напряжение 20—40 МПа (~4 кгс/мм²)[4][6][3], уступая, таким образом, по разрушающим напряжениям лучшим высоколегированным малоуглеродистым высокочистым сталям в 50—100 раз, а по модулю упругости — в 200 раз (например, инструментальная сталь Н11 после низкотемпературной термомеханической обработки или аусформинга имеет напряжение разрушения σb≈250 кГс/мм² и предел текучести σ0,2≈180—230 кгс/мм²)[9]. Однако благодаря низкой плотности, в 8—8,5 раз меньшей, чем у сталей, и высокой усталостной прочности (выносливости), изделия из СВМПЭ могут конкурировать по показателю прочность/собственный вес с изделиями из низкопрочных конструкционных сталей и даже превосходить их.
Основные свойства СВМПЭ, обуславливающие его применение, — очень высокая износостойкость, низкий коэффициент трения и высокая вязкость разрушения (низкотемпературная надёжность). Так, по износостойкости СВМПЭ при допустимых для него температурах эксплуатации и некоторых абразивах превосходит тефлоны и даже углеродистые стали[10]. Коэффициент трения СВМПЭ (по стали) — около 0,1[11]. Коэффициент ударной вязкости — 170 кДж/м² (с надрезом — до 80 кДж/м²), рабочие температуры — от минус 150 °С или даже минус 260 °С[4] (по другим данным — от минус 80 °С) до плюс 80—90 °С[12][5].
Синтез СВМПЭ производится с применением металлоценовых катализаторов из мономера — этилена, при этом количество мономеров в одной молекуле на несколько порядков больше, чем у полиэтилена высокой плотности. Изделия из СВМПЭ получаются следующими методами обработки:
Именно с помощью гель-формирования получают самые прочные волокна марок «Дайнима», «Спектра» для тросов, строп и пр.
В России существуют несколько установок для производства СВМПЭ:
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .