Футеровка TRIBOLEN 

на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена 

UHMWPE / СВМПЭ PE 9000. 


Обозначения СВМПЭ

Международное

  • UHMW

  • UPE

  • UHMW

  • UHMWPE

  • UHMW-PE

  • PE-UHMW

  • UHMW-HDPE

  • Ultra high molecular weight polyethylene

  • HMPE high-modulus polyethylene

  • HPPE high-performance polyethylene

Русское

  • СВМПЭ

  • Сверхвысокомолекулярный полиэтилен

  • Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности

  • Ультра-высокомодульный пространственно-ориентированный полиэтилен

  • Полиэтилен с высоким модулем упругости

  • Полиэтилен с высокими эксплуатационными характеристиками


Краткая характеристика

Сверхвысокомолекулярный  полиэтилен — кристаллизующийся линейный полимер с небольшим количеством боковых ответвлений и двойных связей. Органическое не полярное соединение с длинными цепями молекул, представляет собой воскообразную массу белого цвета, не имеет запаха и  вкуса, нетоксичен и не выделяет в окружающую среду опасных для здоровья человека веществ.

Прочность при растяжении, относительное удлинение, температура хрупкости, стойкость к растрескиванию под напряжением, ударная вязкость, химстойкость, износостойкость определяются величиной молекулярной массы полимера, что дает преимущество по этим характеристикам СВМПЭ в сравнении с низкомолекулярным ПЭ.

СВМПЭ не полярный полимер, что обеспечивает высокие электроизоляционные свойства. Материал обладает низкой газо- и паропроницаемостью, не растворяется в органических растворителях при комнатной температуре. Антифрикционные свойства СВМПЭ, близки к свойствам фторопласта-42 и полиамида П-68, коэффициент трения в паре трения Металл/Пластик равен коэффициенту трения фторопласта и полиамида. Сохраняет эксплуатационные свойства в интервале температур от -120 до 80 °С.

 Как и другие термопласты способен переходить при нагревании в высокоэластичное состояние, пригоден к повторной обработке.

Свойства СВМПЭ существенно зависят от длины молекулярных цепей (молекулярной массы) и структуры молекул (степени кристалличности).

Некоторые уникальные свойства СВМПЭ :

  • значение ударной вязкости 11 - 110 кДж/м2 при температурах от -200 до +100 °С ,при проведении испытания  на образце с острым надрезом (под углом 15°). Ударостойкость возрастает с увеличением молекулярной массы СВМПЭ, до достижения  молекулярной массы 5000000—6000000 г/моль.

  • высокими антифрикционными свойствами, коэффициент трения для СВМПЭ в паре металл/пластик = 0,1 .

  • высокая износостойкость, которая при введении наполнителей, например 0,5%масс. графита, достигает значений для стали.

  • истинная  прочность на разрыв, не зависит от температуры и равна 28,5 МПа при температуре от 60 до 80°С.

  • инертен к действию многих химических реагентов(щелочи, большинство кислот).

  • газо- и  паронепроницаемость,

  • сохранение эксплуатационных свойств в интервале температур от  -200°C до +80°C.

Марочный ассортимент СВМПЭ охватывает основные марки, модифицированные марки и специальные марки для различных сфер применения. Материал производится в порошке, перерабатывается в полуфабрикаты и профили следующими методами: прессование с последующим  спеканием,  горячее прессование с выдержкой под давлением, плунжерная экструзия.

Химическая структура

К сверхмолекулярному полиэтилену относят линейный полиэтилен низкого давления с молекулярной массой свыше 1 миллиона углеродных единиц (уг. ед.). Промышленно-выпускаемый материал имеет молекулярную массу в диапазоне от 1,5 до 10,5 млн. уг. ед. Технологические и эксплуатационные свойства материала зависят от количества атомных единиц массы в молекуле. С ростом углеродных единиц в молекуле возрастает коэффициент вязкости, механическая прочность химическая и абразивная стойкость, в частности, рабочая абсорбционная способность при высоких скоростных нагрузках, сохранение формы в тепле (длительный нагрев до 80 °С), прочность на растяжение при повышенной температуре, сопротивление образованию разрывов при растяжении.

Обозначение молекулярной массы СВМПЭ, зависит от страны производителя

  • Молекулярная масса — масса молекулы, численно равна молярной массе.
  •  Атомная Единица Массы (а. е. м.)

  • Г/Моль

  •  Углеродные Единицы, уг. ед.

  • Международное: u - дальто́н (русское обозначение: Да, международное: Da), она же углеродная единица или molecular weight g/mol

Чистый СВМПЭ при нагревании выше температуры плавления переходит не в расплав, а в высокоэластичное состояние. Поэтому он не может перерабатываться литьем. Литьевые композиции изготавливают при добавлении в СВМПЭ смазок, пластификаторов и низкомолекулярного ПЭ.

СВМПЭ получают на катализаторах Циглера-Натта с использованием обычных аппаратурно-технологических схем производства полиэтилена низкого давления. Аппаратурно-технологические особенности производства определяются типом каталитической системы.

Характеристика СВМПЭ

Класс, группа материалов: Полиэтилен / Полиолефины / Термопласты общего назначения.

Структура: Кристаллизующийся материал.

Физически параметры

Плотность 0,93-0,97 г/см3, плавучий.

В 8,5 раза легче бронзы и латуни, 7,8 раза легче углеродистой стали, в 3 раза легче алюминия. Легче фторопласта, полиамида, полиуретана, текстолита.

Температура эксплуатации : Макс. температура длительной эксплуатации: 62 оС. Допускает кратковременный нагрев до 110 - 120 оС. Сохраняет работоспособность при охлаждении до -269 оС. Температура плавления: 130 - 143 оС.

Критичные температуры СВМПЭ-материалов:

  • 110 оС - температура начала размягчения материала.

  • 180 оС - технологическая температура спекания СВМПЭ под давлением, высокоэластичное состояние.

  • 200 оС - интенсивное окисление и деструкция изделий из СВМПЭ.

  • 250 оС - активное окисление и деструкция изделий из СВМПЭ, сопровождается интенсивным дымовыделением.

Механические свойства

Прочность при растяжении, относительное удлинение, температура хрупкости, стойкость к растрескиванию, ударная вязкость выше, чем у низкомолекулярного ПЭ. Значения предела текучести, модуля упругости при изгибе, твердости близки с низкомолекулярному ПЭ, из-за низкой степени кристалличности и меньшей плотности.

Уникальные свойства:

  • износостойкость (стойкость к истиранию) наибольшая, среди немодифицированных термопластов;

  • высокая ударопрочность и демпфирующие свойства, высокие значения  ударной вязкости и ударной прочности, стойкость к абразивному износу и порезу,

  • морозостойкость, материал сохраняет прочностные свойства в широком интервале отрицательных температур. При температуре -269 °С, сохраняет  ударостойкость и определенную пластичность, поэтому применим в области криогенной техники.

  • характеризуется низкой ползучестью при нагружении, стойкостью к растрескиванию и усталостным напряжениям.

  • имеет низкое поверхностное трение, независимо от глубины износа. Коэффициент трения 0,1, что значительно ниже, чем у нейлона и ацеталя, и сравним с политетрафторэтиленом (ПТФЭ, Тефлон), при этом СВМПЭ обладает лучшей стойкостью к истиранию, чем тефлон. Коэффициент трения по стали: при сухом трении 0.1-0.2, в водной среде 0.05-0.1, в среде масел 0.01-0.08.


Химическая стойкость

СВМПЭ устойчив к действию воды, имеет крайне низкое водопоглощение и не абсорбирует жидкости, стоек к воздействию пресной и морской воды.

Не реагирует с щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими кислотами (напр. с муравьиной или уксусной), с растворами солей окислителей (например перманганатом калия, бихроматом калия) и даже с концентрированной соляной и плавиковой кислотами.

 При комнатной температуре не растворим, и не набухает ни в одном из известных растворителей. При температуре выше 120 °С набухает  и растворяется в некоторых органических растворителях, особенно хорошо в алифатических и ароматических углеводородах и их галогенопроизводных. Растворимость СВМПЭ зависит от природы растворителя, длительности его воздействия на полимер, толщины изделия и температуры

Обладает низкой химической активностью -  не содержит активных (полярных) химических групп (например, сложные эфиры, амиды или гидроксильные группы), поэтому устойчив к воздействию воды, большинства химических веществ, ультрафиолетовому излучению и воздействию микроорганизмов.

При действии серной кислотой H2SO4 (концентрации 80% и выше) при температуре не ниже 50 °С теряет эксплуатационные свойства. Разрушается при комнатной температуре под действием 50%-ной азотной кислоты, а так же жидким и газообразным хлором и фтором, причем разрушительное действие увеличивается с повышением температуры.

СВМПЭ обладает низкой газо- и паропроницаемостью. Проницаемость зависит от размера молекул газа и их сродства к полимеру, а также от толщины изделия, температуры и градиента концентрации. Проницаемость СВМПЭ наименьшая для сильнополярных веществ и наибольшая для углеводородов, поэтому СВМПЭ выгодно отличается от других полимеров малой проницаемостью для воды и водяных паров. Относительная влажность в интервале 0-90% не влияет на константу проницаемости.

Электрические свойства

Электрические свойства СВМПЭ аналогичны свойствам ПЭНД. Обладает высокими электроизоляционными свойствами. Для полиэтилена характерно незначительное изменение электрических свойств в широком диапазоне температур и частот.

Диэлектрическая проницаемость (e) СВМПЭ при температуре 18 - 23 °С составляет 2,3. С повышением температуры и соответственно со снижением плотности полимера наблюдается уменьшение диэлектрической проницаемости: при 130°С е=2,2, а при 140°С е = 2,1. СВМПЭ 100% радиопрозрачен, обладает малым тангенсом угла диэлектрических потерь, в том числе при высоких частотах.

Атмосферостойкость

СВМПЭ содержит меньшее количество ненасыщенных связей, поэтому в меньшей степени подвергается термоокислительному и радиационному старению. Этим и объясняется его более высокая термо- и светостабильность. Высокая устойчивость к солнечному свету и ультрафиолету, отличная устойчивость к старению, стабильность свойств и характеристик в течение 50 лет или более. Высокая стойкость к выветриванию. Не восприимчивость к кавитации. Хорошая устойчивость к радиации с высокой энергией (гамма - и рентгеновские лучи).

Контакт с пищевыми продуктами

Допускается, материал биологически инертен.

Последующая обработка и мехобработка

В основном из СВМПЭ производят полуфабрикаты простой геометрической формы – листы, плиты, и стержни. Для придания изделию требуемого профиля применяют следующие виды механообработки: распиловка циркулярными пилами, токарная обработка, фрезерная обработка, выравнивание (строгание на фуговальных станках, применяющихся для деревообработки), сверление. Шлифование и обточка малоэффективны, вследствие естественной стойкости СВМПЭ к абразивному износу. Фактически обточка приводит лишь к оплавлению материала и, как следствие, забивке отрезного диска.

Листы, трубы и плиты из СВМПЭ в нагретом состоянии могут формоваться, с получением простых углов и сгибов. При этом способ нагрева не имеет значения (паяльная лампа, электронагреватель, нагрев в печи). Главное условие – не допускать перегрева материала выше температуры деструкции и воспламенения.

На листах, толщиной до 10 мм, простые углы и сгибы также могут быть выполнены посредством холодного формования. Для этого может применяться прессовое оборудования, ролики, или сгибание может выполняться вручную.

Для соединения изделий СВМПЭ может применяться фрикционная сварка, для полной кристаллизации соединения требуется 48 часов.

Сварка в стык листов СВМПЭ при помощи нагревательного элемента может выполняться на специальных станках, с высоким прижимным усилием, значительно боле высоким, чем требуется для сварки ПЭНД, ПП и др. видов конструкционных пластмасс.

По причине крайне низкого коэффициента трения, а также непористой поверхности СВМПЭ сложно обеспечить проникновение клеющих составов в объем материала для формирования клеевого соединения. Использование механических соединений изделий из СВМПЭ (например, фланцевых) является более надежным техническим решением.

Переработка

Выпускаются композиции на основе СВМПЭ для литья под давлением и компрессионного формования.

Технологические и эксплуатационные свойства материала  можно модифицировать смешением его с другими пластмассами или каучуками, ведением процессинговых добавок, смазок, пластификаторов и наполнителей разного типа,  в зависимости от способа переработки и требуемых свойств будущего изделия.

Сферы применения

Машиностроение.

Детали бумагокартонноделательных машин, гонки для ткацких станков, лента для металлорежущих станков, направляющие станков, оборудование для горнорудной промышленности, для керамических производств, для авиастроения, вагоностроения, сельскохозяйственного машиностроения (прокладки, уплотнители, ролики, валики, вкладыши, втулки, муфты, блоки, винты, подшипники, шестеренки, зубчатые колеса и т.п.);

Химическая промышленность.

Облицовка и футеровка различных емкостей, машин и аппаратов; изготовление труб и фланцев, лопастей и валов мешалок, поплавков, прокладок и уплотнений, деталей клапанов, сальников и втулок для насосов; уплотнения между стеклянными и металлическими трубопроводами, фильтры для очистки от агрессивных сред, сепарационные материалы, производство ионитных формованных катализаторов;

Подъемно-транспортное оборудование.

Облицовка ковшов экскаваторов и щитов бульдозеров, направляющие устройства, ленты транспортеров, шнеки, цепные колеса, звездочки, ролики, диски, скребки и т.п.;

Судостроение.

Облицовка стен и ворот сухих доков причальные отбойники. Данные покрытия (щиты – пластины) используются в виде полос и предназначены для облицовки больших поверхностей причальных стенок, пассажирских и грузовых причалов. Щиты – пластины из СВМПЭ отличаются очень низким коэффициентом трения, высокой устойчивостью к истиранию и работой в условиях низких температур (до -200°С). Облицовка разгрузочных бункеров и футеровка химических реакторов плитами из СВМПЭ давно стала нормой многих современных технологий. А также в буферных устройствах на судах; системах водоснабжения и опреснения на морских судах;

Строительство.

Облицовка копров, покрытия дорожных катков, покрытия кузова для груза самосвала и т.п.;

Гальванотехника.

Ванны, барабаны, валки, направляющие;

Электротехника.

Изоляторы, опоры, кабелепроводы, детали прерывателей тока, изолирующие детали в диапазоне высоких и сверхвысоких частот, зажимы и оболочки кабелей, контактные вкладыши штепселей, каркасы катодных ячеек, детали оборудования для электронной и часовой промышленности и т.п.;

Криогенная техника.

Манжеты, поршневые кольца, прокладки, уплотнения;

Медицина.

Эндопротезы крупных суставов человека и животных и другие элементы внутреннего протезирования, ортопедические изделия;

Пищевая промышленность.

Оборудование для кондитерской, хлебобулочной, мясной и молочной промышленности, транспортирующие шнеки для фруктовой пульпы, направляющие и отводные ролики в машинах для заполнения бутылок и наклейки этикеток, разделочные доски для приготовления пищи;

Спортивные товары.

Ограждения хоккейных полей, синтетический каток – замена дорогостоящих холодильных установок для производства искусственного льда на быстромонтируемые СВМПЭ скользящие поверхности, защитные щитки, полозья саней, покрытия кегельбанов, скользящая поверхность лыж, подкладки под лыжные ботинки, чехлы для коньков, клюшки, каски, лодки, волокна для теннисных ракеток, лески для рыбной ловли;