超高分子量聚乙烯管的特点和应用

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的相对分子质量根据需要控制在150×104以上。考虑到加工过程中的分子热降解，因此，只有黏均相对分子质量大于170×104的高密度聚乙烯加工成各种制品，才能具有超高分子量聚乙烯的优良性能。

1.一般物理与力学性能

超高分子量聚乙烯的密度为0.935～0.950g／cm3，拉伸断裂强度为30～45MPa，弯曲强度大于30MPa，热变形温度为90℃，熔点为136℃。它具有极低的摩擦因数（0.07～0.11），富有自润滑性。在水润滑条件下，摩擦因数更低，为0.05～0.10，是PA66和POM的50％，与聚四氟乙烯相当。

2.高耐磨性

UHMWPE最引人注目的一个特性是它具有极高的耐磨性。在目前所有塑料中，其耐磨性是最好的，就连许多金属材料（如碳钢、不锈钢、青铜等）的耐磨性也不如它。UHMWPE的耐磨性比PA66高4倍左右，比HDPE和HPVC高9倍左右，比PTFE高2.5倍左右，比聚氨酯高5倍左右，比碳钢和不锈钢高4～6倍。

3.优良的耐化学腐蚀性

UHMWPE具有良好的耐化学腐蚀特性。除浓硝酸和浓硫酸外，它在所有的碱液、酸液和盐液中都不会受到腐蚀，且可在低于80℃的浓盐酸中应用它在质量分数小于20％的硝酸及质量分数小于75％的硫酸中是稳定的，在海水、液体洗涤剂中也很稳定。

4.高耐冲击性

UHMWPE的冲击强度在整个工程塑料中名列前茅。它的冲击强度和相对分子质量有关。相对分子质量低于200×104时，随相对分子质量的增大，冲击强度增高，在200×104左右达到峰值，此后相对分子质量再升高，冲击强度反而会下降。它的冲击强度是PC的2倍、ABS的5倍、POM和PBT的8倍。其耐冲击性如此之高，以至于用通常的试验方法来测定其冲击强度时，难以使其断裂破坏。值得指出的是，它在液氮温度（－196℃）下也能保持优异的冲击强度，在液氦温度（－196℃）下仍有延展性。这一特性正是其他塑料所没有的。它在反复冲击后表面硬度会更高，这点对抗气蚀很有好处。

5.优良的冲击能吸收性

UHMWPE的冲击能吸收性在所有塑料中为最高，因而噪声阻尼性很好具有优良的消声效果。(www.xing528.com)

6.优良的不粘性

UHMWPE是一种类似石蜡烃的饱和碳氢化合物。化学稳定性高，表面张力小，表面吸附力非常微弱，其抗黏附能力仅次于塑料中不粘性最好的PTFE它的吸水率很低，小于0.01％，表面憎水性良好，因而制品表面与其他材料不易黏附。

7.优良的卫生性（无毒性）

UHMWPE卫生无毒，完全符合日本卫生协会标准，并得到美国食品及药物行政管理局（FDA）和美国农业部（USDA）的同意，可用于接触食品和药物的场合。

除以上性能外，UHMWPE还具有其他一些良好性能，例如：优良的电气绝缘性能；比HDPE更高的拉伸断裂强度和更优良的耐环境应力开裂性，比HDPE更好的抗疲劳性、耐X射线辐射的性能；表面硬度适中；抗老化性能好，使用寿命大于60年。当然，UHMWPE的性能也有不足之处，与其他优良的工程塑料相比，它的耐热性、刚度和硬度要差一些，但可以通过“填充”和“交联”等方法来改善。从耐热性来看，UHMWPE的熔点与普通PE的熔点大体相同（136℃），但因其相对分子质量极大，故其热变形性能还是要比普通PE好，在适当的应力下，90℃以下使用也不会发生较大的变形。如果没有应力的作用，UHMWPE在150～200℃下制品的形状也不会发生改变，这一点与交联PE的热性质相似。此外，UHMWPE的表面硬度、刚度和抗高温蠕变性等也比HDPE强一些。

综上所述，UHMWPE是所有塑料中耐磨性、韧性最好的塑料。实际上除耐蚀性和耐热性外，UHMWPE可与“塑料王”PTFE相媲美，尤其是极高的耐磨性、自润滑性、耐蚀性和耐结垢性、抗冲击性、耐老化性等综合性能是其他任何塑料所无可比拟的，故它的应用价值极高。我国在这方面的研究，特别对于UHMWPE管道的研究已达到了一个崭新的阶段。由于UHMWPE管材内外表面均耐腐蚀，故管子外表面不需涂防护涂料，也不需阴极保护。管子质量轻，安装和运输方便，费用小。管子内表面光滑，可以增加流量20％左右耐老化，使用寿命在60年以上。由于韧性好，可减少或不用伸缩节。因此，UHM-WPE管道的综合经济性能是各种管道中最好的，有望取代传统的衬胶、衬塑管道以及其他塑料管道和金属管道，成为21世纪新一代的耐蚀、耐磨、耐结垢、耐老化耐冲击的管材。超高分子量聚乙烯管如图8-5所示。

图8-5 超高分子量聚乙烯管

UHMWPE管道优异的性能使其可以应用于各种复杂工况中。对于机械振动、地基沉降或发生地震，也能承受一定程度的冲击变形而不致断裂，因此，具有较高的长期安全性，完全可以在燃气、天然气、液化气或其他气体的输送中发挥重要作用。其具有独特的低温冲击强度在寒冷环境和意外冲击力的作用下不会发生脆性破裂，因此，在西北和东北等寒冷地区应用该管道输送各种物料也是安全的。在南方地区，地下水等其他腐蚀因素对钢管的腐蚀严重，若使用钢管既增加了防腐的费用，其使用寿命和管道的安全性又受到严重影响。而利用超高分子量聚乙烯管道代替钢管，在压力小于1.6MPa以下的燃气下游管网应用也是十分合适的。

我国对于UHMWPE管道的研究也达到一个崭新的阶段，所生产的UHM-WPE管材目前已达到可以商业化可靠使用的阶段。管材直径最大为800mm弯头、三通等管件也能配套生产，管道焊接和安装技术安全可靠；而且价格适中，比衬胶管、衬塑管低40％以上，非常有竞争力。中国科学院化学所的研究人员应用蒙脱土插层复合技术，制备出相对分子质量为250×104的挤出级UHMWPE纳米合金材料，力学性能和耐热性超过UHMWPE。其加工性能良好，可方便地加工成各种管材、管道，具有耐腐蚀、耐磨损、不结垢，有自润性和不粘性等特点，摩擦因数很低，可长期保持管内流体的流速和流量不减故内径设计可比钢管减少15％左右。挤出级UHMWPE纳米合金可广泛应用于：城市煤气管道，油田原油、天然气输送，矿山、煤炭、电力等工业部门浆体输送和循环水系统，以及城市水暖工程、化工海洋工程等方面。