Polyéthylène à très haut poids moléculaire

Application

Dans les affaires militaires : création de gilets pare-balles à base de fibres UHMWPE (gilets balistiques, gilets pare-balles) de différentes classes de protection, casques. Dans la fabrication de tissus à partir de fibres UHMWPE sont appliquées sous différents angles (tissu multiaxial à partir de couches de placage UD unidirectionnel - UniDirectional), ce qui augmente la résistance de l'emballage multicouche.

• En génie mécanique (machines à papier, etc.) : le coefficient de frottement des produits et la résistance à l'usure de l'UHMWPE est proche de celui des plastiques fluorés, à un coût bien moindre. Les pièces UHMWPE sont utilisées pour les joints dans les systèmes hydrauliques et pneumatiques et dans les unités à friction sèche.
• En électrotechnique : isolateurs, isolation de câbles, etc.
• Dans le transport, la construction navale : les panneaux UHMWPE sont revêtus de cales de chantier naval. Les cordes et les cordes sont utilisées pour les dispositifs de remorquage, d'amarrage et d'ancrage sur les navires: dans le même temps, la résistance et la résistance à l'usure de ces cordes par unité de masse sont supérieures à celles de certaines nuances d'acier, leurs propriétés ne changent pas lorsqu'elles sont mouillées, ces cordes ne coule pas dans l'eau et n'a pas besoin de lubrification... Les câbles en fibres UHMWPE "Dyneima" ("DSM", Pays-Bas), "Spectra" ("Honiwell", USA) sont particulièrement connus.
• Dans le sport : protection anti-chocs en escrime, lignes de parachute, fil de pêche, câbles pour l'alpinisme, dans la fabrication de skis et snowboards (en combinaison avec la fibre de carbone, augmentant la résistance et la flexibilité), glace synthétique (revêtement pour sports de glace : hockey, curling) ...
• En médecine pour la réalisation d'endoprothèses d'articulations (hanche, genou, vertèbres). Ici, l'UHMWPE « cousu » est principalement utilisé.
• Composé à base d'UHMWPE, granule UHMWPE. La composition est destinée à être utilisée dans des machines thermoplastiques en tant que polymère principal ou additif qui augmente la résistance à l'usure, la résistance à la fissuration, la ténacité à la rupture, la fiabilité à basse température et la résistance chimique. Granulés UHMWPE : feuilles, plaques, plaques, film, tuyau, gaine pour produits de câble, profilé.
• Tuyau UHMWPE. Il s'agit de systèmes de canalisation résistants à l'usure pour des opérations spécifiques de déplacement de matériaux abrasifs : minéraux, charbon, alimentation, déchets ; canalisations en usine de déchets, suspensions, pâtes, etc., de flux technologiques.
• Les tissus UHMWPE sont également utilisés pour la production de gants résistants aux blessures dans le sport, la médecine et l'industrie (gants résistants aux coupures, gants résistants à l'usure).

Avantages et inconvénients

Le matériau présente un certain nombre d'avantages importants. Les principaux avantages sont les suivants :

• excellente résistance à l'usure et à l'abrasion mécanique; le polymère haute densité a une résistance élevée aux chocs;
• résistance aux fissures, éclats et autres types de déformation;
• résistance aux fluctuations de température, grâce à laquelle le matériau est autorisé à fonctionner à la fois à des indicateurs de température excessivement élevés et minimaux;
• résistance à l'humidité et aux substances agressives (à l'exception des oxydants); cette caractéristique est obtenue grâce à l'absence d'amides, d'esters ou de groupes hydroxyle dans le matériau, qui sont sensibles aux substances chimiquement agressives ;
• résistance au rayonnement solaire;
• propriétés hygiéniques élevées - le matériau n'est pas sensible aux attaques de micro-organismes pathogènes; les champignons et les moisissures ne s'y forment pas;
• bonne capacité d'isolation électrique et diélectrique;
• Le polyéthylène PE-500 a une excellente soudabilité ;
• résistance aux radiations.

Le polyéthylène de haut poids moléculaire est relativement nouveau.Il est produit par 2 entreprises nationales (Tomskneftekhim et Kazanorgsintez). La technologie de fabrication est complexe et coûteuse, ce qui affecte le coût du produit fini.

Méthodes de traitement

Le polyéthylène de haut poids moléculaire est fabriqué selon les normes correspondant à GOST 16338-85. La production utilise la méthode de synthèse d'éthylène sous l'influence de catalyseurs métallocènes. À l'heure actuelle, il existe plusieurs méthodes connues de traitement des polymères.

Frittage et pressage à chaud

Grâce à ces procédés, on obtient du polyéthylène monolithique de grand format, des plaques et des cylindres. Au cours du processus d'usinage ultérieur, des bandes rabotées et divers mécanismes d'équipement en sont obtenus. La technologie de production implique le pressage à froid de la poudre de polymère en ébauches et leur frittage ultérieur à une température de +200 degrés. À la suite d'un traitement thermique, des produits semi-finis sont obtenus - monolithes, plaques et blocs.

Extrusion de plongeur

Le processus de production consiste à fondre la matière première à haute température en une masse caoutchouteuse homogène. De là, à l'aide d'unités spéciales avec des buses, des tiges, des tuyaux ou des rubans de différentes longueurs sont extraits.

Filature de gel

La technologie de fabrication comprend plusieurs étapes : dissoudre la matière première dans l'huile de paraffine et forcer la masse résultante à travers des trous minces dans l'eau. En conséquence, des fils sont obtenus, qui sont ensuite cuits dans un équipement de four avec étirage simultané des fibres et élimination des substances solvantes. Lorsqu'elle est traitée par filage de gel, une fibre super résistante est obtenue.

Propriétés

En raison de la structure des molécules, l'UHMWPE est une substance thermoplastique avec un point de fusion relativement bas (135-190 ° C); par conséquent, il n'est pas recommandé d'utiliser les produits UHMWPE à des températures supérieures à 80-100 ° C. Lorsqu'il est chauffé au-dessus du point de fusion, l'UHMWPE ne passe pas à un état d'écoulement visqueux, mais uniquement à un état hautement plastique. La surface des produits UHMWPE est lisse au toucher.

L'UHMWPE a une très faible absorption d'eau pour les composés polymères organiques, de l'ordre de 0,01 à 0,05 %, ce qui est dû à l'absence de groupes polaires (groupes ester, amide, hydroxyle) dans les molécules d'UHMWPE. Par conséquent, les propriétés de l'UHMWPE ne changent pas lorsqu'il est exposé à l'eau (à titre de comparaison, en Kevlar, la résistance à l'état humide est réduite de 2 fois en raison de la violation des liaisons hydrogène faibles des groupes amide, à l'état sec, la résistance n'est pas complètement restaurée ). L'UHMWPE est également résistant à la plupart des acides et alcalis, aux rayons UV et gamma et aux micro-organismes.

La densité de l'UHMWPE pur est d'environ 0,93-0,94, g / cm³ avec additifs - 0,95 g / cm³. Le rapport résistance à la traction/poids de l'UHMWPE est supérieur de 40 % à celui des composés aramides tels que le Kevlar. En présence d'une charge statique à long terme agissant sur la traction, l'UHMWPE se déforme lorsqu'il y a une contrainte mécanique (cette propriété est appelée fluage).

L'UHMWPE a un module d'élasticité en flexion suffisamment élevé - environ 1 GPa et une contrainte de rupture ou de flexion de 20-40 MPa (~ 4 kgf / mm²), étant ainsi inférieur aux contraintes de rupture par rapport au meilleur haut alliage à faible teneur en carbone -aciers de pureté de 50-100 fois, et module d'élasticité - 200 fois (par exemple, l'acier à outils 4X5MFS après traitement thermomécanique à basse température ou ausforming a une contrainte de rupture σ_b≈250 kgf/mm² et limite élastique σ_0,2180-230 kgf/mm²). Cependant, en raison de leur faible densité, 8 à 8,5 fois inférieure à celle des aciers et de leur résistance élevée à la fatigue (endurance), les produits UHMWPE peuvent rivaliser en résistance / poids mort avec les produits en acier de construction à faible résistance et même les surpasser.

Les principales propriétés de l'UHMWPE, qui déterminent son utilisation, sont une résistance à l'usure très élevée, un faible coefficient de frottement et une ténacité élevée à la rupture (fiabilité à basse température). Ainsi, en termes de résistance à l'usure, l'UHMWPE surpasse les téflons et même les aciers au carbone en termes de résistance à l'usure à des températures de fonctionnement acceptables et à certains abrasifs. Le coefficient de frottement de l'UHMWPE (sur l'acier) est d'environ 0,1. Coefficient de ténacité - 170 kJ / m2 (avec une encoche - jusqu'à 80 kJ / m2), températures de fonctionnement - de moins 150 ° ou même moins 260 ° (selon d'autres sources - de moins 80 ° ) à plus 80 -90 ° AVEC.

Ce que c'est?

Ce matériau appartient à l'un des types d'éthylène polymérisé plastique. Sa caractéristique est des liaisons moléculaires linéaires allongées orientées dans la même direction. De tels circuits se distinguent par une meilleure perception et un meilleur transfert des charges.

En apparence, le polyéthylène de poids moléculaire élevé ressemble au plastique. Il est solide, inodore et ne contient aucune substance toxique. Le matériau est produit par la synthèse de catalyseurs à base d'éthylène et de métallocène dans des installations à basse pression. Au stade de la production, une couleur est ajoutée aux matières premières pour donner la couleur de l'éthylène polymérisé.

Les fabricants produisent également un polymère de poids moléculaire ultra-élevé (poids moléculaire ultra-élevé) avec un poids moléculaire de plus de 10 000 000 d'unités. (PE-1000). En termes de caractéristiques de résistance, il est plusieurs fois supérieur à certaines nuances d'aciers au carbone et inoxydables.

Propriétés et caractéristiques des matériaux

Le polyéthylène haute résistance a de longues chaînes moléculaires presque parallèles les unes aux autres. Cette caractéristique structurelle fournit des indicateurs de haute résistance. Cependant, des liaisons faibles apparaissent entre certaines molécules, c'est pourquoi le matériau ne peut pas être qualifié de résistant à la chaleur. Ses températures de travail vont jusqu'à + 100 ° C. Avec une augmentation des indicateurs de température à +140 degrés, le polymère fond et se transforme en une masse visqueuse.

Le polymère PE-1000 a les caractéristiques techniques suivantes :

• absorption d'eau - 0,01-0,05%;
• densité - 0,93-0,94 g / cm³;
• module de flexion - pas plus de 1 GPa;
• le coefficient de frottement est d'environ 0,1 ;
• coefficient de résistance aux chocs - 160-170 kJ / m²;
• allongement à la flexion - 8-10%;
• résistance de surface - 1014 ohms.

Applications

En raison de ses propriétés uniques, le polyéthylène de haut poids moléculaire est utilisé dans divers domaines. Il est souvent utilisé comme analogue, remplaçant divers métaux non ferreux, aciers fortement alliés et autres matériaux.

En médecine

Le polymère ultra-résistant est utilisé pour la fabrication d'implants depuis 1962. Aujourd'hui, il est utilisé pour fabriquer des prothèses pour les articulations de la hanche en chirurgie et des implants dentaires en dentisterie. Le matériau est utilisé pour créer divers produits orthopédiques.

Dans les industries chimiques, alimentaires et légères

Le matériau est utilisé pour la fabrication d'équipements et de composants pour la production alimentaire, de conteneurs pour le stockage et le transport de substances chimiquement agressives, de bouteilles pour cosmétiques, de fûts, de réservoirs.

Dans l'industrie militaire

Des fibres polymères solides sont utilisées pour fabriquer des équipements de protection individuelle pour le personnel de sécurité. En particulier, des gilets pare-balles et des casques en sont faits. L'armure résultante est légère, mais en même temps, elle protège de manière fiable contre les blessures par balle. Et aussi avec l'aide de ce polymère, un équipement spécial est blindé.

En génie mécanique

Le polyéthylène haute résistance est utilisé pour la fabrication de pièces fonctionnant dans des environnements hydrauliques ou pétroliers. Il est utilisé pour produire des roulements, des bagues, des bagues, des engrenages - des pièces soumises à un degré élevé d'abrasion mécanique. Les pièces de rechange pour les installations pneumatiques avec une pression de service accrue sont en polymère PE-1000 à usage intensif.

Articles et équipements de sport

Le matériau est utilisé dans la fabrication de combinaisons d'escrime, d'uniformes d'alpinisme, de skis, de snowboards.

De nombreux biens de consommation sont fabriqués à partir de polymères à haute résistance. Ceux-ci comprennent des produits pour la floriculture et l'ameublement de salle de bain, des articles ménagers et des outils de jardin. Il est utilisé pour la production de meubles, de jouets pour enfants, de toilettes mobiles et d'équipements pour l'aménagement d'aires de jeux pour enfants.

Vous pouvez apprendre encore plus d'informations utiles sur le polyéthylène de haut poids moléculaire à partir de la vidéo.