(山東協(xié)和學(xué)院 山東濟(jì)南 250107)
隨著高科技技術(shù)的發(fā)展,工程材料領(lǐng)域的研究發(fā)展也是日新月異,超高分子量聚乙烯便是其成果之一。由于超高分子量聚乙烯擁有眾多的優(yōu)異的性能,因此在許多的領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用,例如:煤礦產(chǎn)業(yè)、航天、航海和防御裝備、醫(yī)學(xué)、體育等等方面。在礦山機(jī)械中的許多部件如礦用滾輪、電機(jī)車軸瓦、選煤機(jī)械等等都會(huì)用到超高分子量聚乙烯這種新型的材料。因此,具有較好的推廣使用價(jià)值。
超高分子量聚乙烯的耐磨損性能非常優(yōu)秀,在所有塑料中是耐磨損性能最好的,排第一位。這是因?yàn)槠淠湍p性能與超高分子量聚乙烯中的分子量的高低是成正比的,因此,超高分子量聚乙烯中的分子量越高,超高分子量聚乙烯耐磨損性能越好。一般情況下,超高分子量聚乙烯的分子量高達(dá)150~1000萬,所以超高分子量聚乙烯的耐磨損性能是非常卓越的,居于現(xiàn)有塑料之首。[1]
(1)耐沖擊性能和吸收沖擊性能:超高分子量聚乙烯在力學(xué)性能中最重要的特性就是耐沖擊性能,耐沖擊性能是目前現(xiàn)有的塑料材料中最好的一種。超高分子量聚乙烯的耐沖擊性能與超高分子量聚乙烯的分子量有關(guān),但是并不隨著分子量規(guī)則變化,當(dāng)分子量在175萬之前,耐沖擊性能與分子量成正比變化;在175萬之后,成反比變化;在175萬這個(gè)點(diǎn)的超高分子量聚乙烯的耐沖擊性能最好。
此外,超高分子量聚乙烯硬度低、彈性模量小并且是塑料粘彈性體,所以具有較大的吸收沖擊性能,一般都大于150千焦每平方米。
(2)拉伸性能:超高分子量聚乙烯具有超拉伸強(qiáng)度,是其主要的結(jié)構(gòu)特征,其拉伸強(qiáng)度值高達(dá) 29MPa。
(3)硬度:由于超高分子量聚乙烯的密度比其它塑料都低,所以由超高分子量聚乙烯制造的工藝制品都比較輕便,硬度也就相對較差,洛氏硬度值是40左右。
超高分子量聚乙烯具有較好的耐化學(xué)腐蝕性,在酸溶液、堿溶液以及鹽溶液這些具有化學(xué)腐蝕性的溶液中,通常都是沒有化學(xué)變化,也幾乎沒有任何物理變化的。實(shí)驗(yàn)表明,即使超高分子量聚乙烯在八十種有機(jī)溶劑中浸泡一個(gè)月也幾乎是毫無變化的。由此可見,超高分子量聚乙烯的耐化學(xué)腐蝕性能是非常好的。
一般情況下,一種材料的自潤滑性能是否優(yōu)異主要是通過材料的的摩擦系數(shù)來判斷。超高分子量聚乙烯材料的摩擦因數(shù)是0.05到0.11,所以可見其自潤滑性能還是非常理想的。[2]
超高分子量聚乙烯材料是衛(wèi)生無毒的,是經(jīng)過多家的具有國際標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)生協(xié)會(huì)和食品及藥物行政管理機(jī)構(gòu)認(rèn)可的。
超高分子量聚乙烯的吸水率在現(xiàn)有的塑料中是最低的,通常情況下都小于百分之0.01,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其它塑料的吸水率,這也就減少了在成型加工時(shí)干燥處理的步驟。
超高分子量聚乙烯由于其吸附能力較差,所以不粘性還是比較好的。不粘性能在目前現(xiàn)有的材料中僅次于不粘性材料PTFE。
超高分子量聚乙烯的耐低溫性能是非常卓越的,實(shí)驗(yàn)表明,在低于冰點(diǎn)的環(huán)境下,仍然具有良好的耐沖擊性能。并且在冰點(diǎn)下的環(huán)境中,零下269攝氏度的情況下,耐沖擊性能是最好的。[2]
鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)托繩輪襯多采用尼龍制作,但是尼龍雖然較為耐磨且硬度低,對鋼絲繩磨損小,所以鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)托繩輪襯多使用尼龍輪襯。但是,尼龍輪襯的價(jià)格由于原料的原因,貴且使用壽命短,在干燥的冬季容易斷裂。鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)托繩輪襯如果采用超高分子量聚乙烯制作,則價(jià)格便宜、耐磨性好、壽命長、耐低溫性好,所以能夠較好應(yīng)用于鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)托繩輪襯中去。
過去的地滾一般為鑄鋼或鑄鐵制作,由于鑄鋼硬度大、彈性模量高與鋼絲繩接觸應(yīng)力大,生產(chǎn)高分子板,致使鋼絲繩磨損快,此外地滾中的軸承因工作條件惡劣時(shí)常造成卡死不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活而加劇鋼絲繩的磨損。使用超高分子量聚乙烯生產(chǎn)出的高分子材料的礦用地滾,具有高耐磨性能,卓越的耐化學(xué)腐蝕性能,較好的防靜電性能等特性,并且這種高分子材料的礦用地滾使用的壽命也更加的長。使用超高分子量聚乙烯生產(chǎn)出的高分子材料的礦用地滾能更好的保護(hù)鋼絲繩不被磨損,在提升安全性能的同時(shí),也增加了一次投放長久受益的好處。
傳統(tǒng)的電機(jī)車軸瓦多為銅質(zhì)材料,其成本高、耐磨性差、摩擦阻力大、對軸的磨損嚴(yán)重。采用超高分子量聚乙烯制作電機(jī)車軸瓦價(jià)格便宜,僅為銅的1/6左右,并且因?yàn)樽詽櫥Σ烈驍?shù)小、壽命長而得到廣泛的應(yīng)用。
(1)使用超高分子量聚乙烯制作的撈坑斗子機(jī)的斗子滾輪,因?yàn)槠淠Σ烈驍?shù)小,防腐蝕性能好,因此使用壽命更長;
(2)使用超高分子量聚乙烯制作的撈坑斗子機(jī)的尾軸軸套,價(jià)格便宜、摩擦小、抗腐蝕、壽命更久;
(3)使用超高分子量聚乙烯制作的浮選機(jī)葉輪,壽命更長、價(jià)格更加便宜,抗不腐蝕。
在鋼軌罐道中使用超高分子量聚乙烯材料,首先可以節(jié)約一定的成本,其次由于其具有吸收沖擊性能可以減少振動(dòng)沖擊;再次因摩擦因數(shù)小,對罐道的磨損也較小。
超高分子量聚乙烯具有眾多的優(yōu)點(diǎn),如:高耐磨性、小摩擦系數(shù)、較好的耐沖擊性能、成本低以及工藝性能較好等特性。如果用超高分子量聚乙烯材料制成煤礦中的軸瓦、軸套、軸承、壓濾機(jī)濾板、噴漿機(jī)摩擦片等工具,一方面可以延長使用壽命,另一方面還可以提高了工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。