论文浅谈超高分子量聚乙烯的生产(2)

南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 德国和日本即时生产大国也是消费大国，仅这三个国家的消费就占了世界总产量的90%。

超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的发展十分迅速，80年代以前，世界平均年增长率为8.5%，进入80年代以后，增长率高达15%～20%。而我国的平均年增长率在30%以上。1978年世界消耗量为12，000～12，500吨，而到1990年世界需求量约5万吨，其中美国占70%。 2007-2008年中国逐步成为世界工程塑料工厂，超分子量聚乙烯产业发展更是十分迅速

超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）平均分子量约35万～800万，因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。

超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）优异的物理机械性能使它广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用。 1.3所在岗位及从事的工作简介

所在的岗位是过程取样分析（也可以说是实验操作员），所取的样主要分为两种一种是去取反应釜中合成的超高分子量聚乙烯以及以及同时产生的粗粉和细粉的混合物，还有一种是去料仓的样（这个样主要是超高分子量聚乙烯，有时其中会是细粉）。对于所取的两种样简称为RX样和PTS样(polymer to siols), RX样主要是做粒径分布和拉伸强度（简称ES）测试,PTS样主要堆积密度（bulk density即BD）、粒径分布和拉伸强度（简称ES）测试。由于从反应釜取来的样中有载液正己烷，因此需要四十分钟的真空干燥。

对于从PTS取样口取来的PTS样的一般处理过程如下：

（1）称PTS50：克；硬脂酸钙：0.05克；B215：0.15克。把这三种物质加到搅拌器中搅拌20秒，使它们均匀混合。

（2）称取它们的混合物21.5克进行压模（当上下模的温度达到210℃时）。大概要压40多分钟。

（3）称取55克进行堆积密度的测定。 （4）用做粒径分布的小勺取一小勺放入粒径分布即HELOS测定仪中做粒径分布。 （5）等模压好后先是把圆形的模切成做ES的小样条，然后再对所有的样条的厚度进行测量，选厚度均匀且厚在1.4㎜±0.1㎜的样条六根来做ES测定。 （6）把样条根据的厚薄不同从厚到薄依次挂上递减的砝码，再放入到150℃的硅油中预热5分钟，然后拔掉插销让它们进行拉伸测试。 对于从反应釜下方取的RX样的一般处理过程如下：

（1）首先是要对取样器进行泄压，然后用真空泵进行抽滤（把其中的载液正己烷抽走）。再把抽完滤的物料放在真空干燥箱里进行干燥，一般情况是要干燥40分钟。

（2）等干燥结束后，先冷却一会儿，再放到搅拌器中进行搅拌30秒，然后进行过筛。

（3）把过完筛的粉料先称50克，倒入搅拌器中，再向搅拌器中加入硬脂酸钙：

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南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 0.05克、B215:0.15克，进行20秒搅拌混合。

（4）称取它们的混合物21.5克进行压模（当上下模的温度达到210℃时）。大概要压40多分钟。

（5）称取55克进行堆积密度的测定。 （6）用做粒径分布的小勺取一小勺放入粒径分布即HELOS测定仪中做粒径分布。 （7）等模压好后先是把圆形的模切成做ES的小样条，然后再对所有的样条的厚度进行测量，选厚度均匀且厚在1.4㎜±0.1㎜的样条六根来做ES测定。 （8）把样条根据的厚薄不同从厚到薄依次挂上递减的砝码，再放入到150℃的硅油中预热5分钟，然后拔掉插销让它们进行拉伸测试。

以上就是过程取样的日常工作。有时我们实验操也需要取雨水样、防冻水和凉水进行分析，主要是对水样的COD、总磷、氨氮、色度和PH进行分析。这几种分析中，COD、总磷和氨氮分析是比较复杂一点，它们的分析步骤如下： COD（化学需氧量）分析步骤如下：

（1） 取量程为0～150ml的试剂，加入2ml水样，摇匀静置一会； （2） 放到150℃的消解器中消解120分钟； （3） 两小时结束后拿出来冷却至室温； （4） 拿到仪器中进行读数 总磷分析步骤如下：

（1） 取一个小试剂管，加入5ml水样，再加入磷一试剂包； （2） 放到150℃的消解器中消解30分钟； （3） 30分钟后拿出来冷却至室温；

（4） 加入0.2ml的氢氧化钠后取仪器中做空白样； （5） 加入磷二试剂包，拿到仪器中进行读数。

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南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 2.超高分子量聚乙烯（UHMWPE）性能简介

2.1UHMWPE常用性能指标

超高分子量聚乙烯的性能很多，有耐冲击、耐腐蚀、耐磨损、摩擦系要归数低、吸水率低、不粘附异物、无毒卫生、电性能和耐低温等性能，但常用的性能主为物理性能、机械性能和电性能。人们通常是用这几个性能好不好来判别所生产出的超高分子量聚乙烯的综合性能的好坏。

表2是UHMWPE的物理性能、机械性能、热性能和电性能指标。

表2 UHMWPE常用性能指标

分类 物理性能 项目 相对分子量/万 密度/(g/cm3) 粉料密度/(g/cm3) 平均粒度/um UHMWPE 200 0.935 0.46 100—200 40—45 300—400 600 ＞140 40—60 70 136 85 1.5—2.5 8.5 10 50 ASMT试验法 D2857 D1505 D392 — D638 D638 D747 D250 D747 D1175 D2117 D648 D696 D177 D257 D149 机械性能 断裂强度/MP 断裂伸长率/% 弯曲模量/MP 冲击强度/(KJ/m2) 洛氏硬度/HRM 磨损量/(mg/1000次) 热性能 熔点/℃ 热变形温/℃ 线膨胀系数/10-4℃ 热导率/[W/(m.k)] 电性能 体积电阻率 击穿电压/(KV/㎜) 介电常数 2.3 - 7 -

D150 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 2.2 UHMWPE的特性

UHMWPE是一种优异的工程塑料。具有非常优异的综合性能。如极高的耐磨、抗冲击性能、很低的摩擦系数、良好的自润滑性能、优良的耐低温、耐化学腐蚀等。

2.2.1极高耐磨性

UHMWPE最引人注目的一个性能是它具有极高的耐磨性，这一性能在许多工程应用中都是十分宝贵的。在目前所有塑料中，其耐磨性是最好的，就连许多金属材料也不如它。随着UHMWPE的分子量的升高，这种材料就越耐磨（见图1）。UHMWPE与其他材料的磨耗指数的比较（见图2）。

图1:UHMWPE的分子量与砂磨磨耗指数关系

（注：测量耐磨性是按砂磨法。即在等量的砂和水的混合浆液中，将试片以1750转/分的旋转速度，旋转7.5小时，测量试片的磨耗量）

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图2：UHMWPE与各种材料的砂磨磨耗指数的比较

（注：以UHMWPE的磨耗为1，同其它材料磨耗相比较称为磨耗指数）

2.2.2极高的抗冲击性能

UHMWPE的极高的抗冲击性能，又是它宝贵性能之一。它的抗冲击强度和它的分子量有关（见图3），分子量低于200万时，随分子量增大冲击强度增大，在200万左右达到一峰值，过此峰后，分子量在升高冲击强度反而会下降。这是由于分子链非常长时，妨碍了它的结晶作用，使在大分子中存在大的无定形区，因而可以吸收较大的冲击能量。然而当分子量超过200万时，分子链的缠结和巨大的分子间力使分子滑动能力下降，在承受突然负荷时，分子变形和伸长能力很差，这时材料断裂是由于主链断链所引起的。

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