Сверхпрочные ткани из сверхвысокомолекулярного полиэтилена

СВМПЭ – это малотоннажная марка полиэтилена, так называемый «сверхвысокомолекулярный полиэтилен», отличающийся отсутствием каких-либо низкомолекулярных добавок, высокой линейностью и молекулярной массой.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен – это термопластичный полимер этилена. СВМПЭ является органическим соединением и имеет длинные молекулы, представляет собой воскообразную массу белого цвета и обладает следующими свойствами:

не чувствителен к удару (амортизатор)

СВМПЭ обладает свойствами, востребованными в разных областях техники и народного хозяйства, особенно при работе в экстремальных условиях эксплуатации. Преимущества изделий на основе СВМПЭ

Сверхпрочность волокон 300-380 cН/текс

Стойкость к абразивному воздействию

Ударопрочность до 170 кДж/м2

Низкий коэффициент трения – как у тефлона

Стойкость к агрессивным средам

Лёгкие бронезащитные материалы с высокой ударной стойкостью (бронежилеты, шлемы), канаты, тросы, тканые и нетканые материалы для изготовления защитной одежды, парашютов и др.

Средства индивидуальной бронезащиты. Пуленепробиваемые и противоосколочные бронежилеты, боевые шлемы, бронепластины, фартуки, защитные перчатки, наколенники

Средства коллективной защиты. Корпуса, двери, сидения и напольные покрытия автомашин, пуленепробиваемые панели

Авиа-ракетостроение Элементы конструкций ракет и самолетов, парашютное оснащение, авиационные ремни и тросы, баллоны под давлением

Судостроение. Корпуса катеров и яхт, надувные лодки, якорные и причальные канаты, буксировочные тросы, парусное оснащение, такелаж

Орудия промрыболовства. Непотопляемые канаты, тралы, сети, леска

Радио и электронная промышленность. Корпуса электронных приборов, кабельная оплетка, обтекатели антенн радиолокационных устройств, электроизоляционные материалы для полярной зоны

Детали и элементы механизмов, требующие высокой прочности, ударной стойкости, морозостойкости, низкого коэффициента трения .

Пористые фильтры для химической, биохимической и пищевой промышленности

Волокна из СВМПЭ прочнее стали в 10 раз, прочнее кевлара на 40%. Стойкость к баллистическому удару брони на основе СВМПЭ на 25% выше стойкости брони из кевлара, которая при этом в 1,5 раза тяжелее.

СВМПЭ-волокно – единственное высокопрочное волокно, обладающее плавучестью (менее 0,95 г/см3).

В восьмидесятых годах двадцатого века в Голландии был разработан и запатентован метод гель-технологии, позволивший впервые получить в промышленных масштабах сверхпрочные и высокомодульные волокна из гибкоцепного полимера — сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ).

В первых же научных публикациях приводились значения разрывной прочности σ = 3 ГПа (300 кгс/мм2) и начального модуля Е = 120 ГПа (12000 кг/мм2), что позволяет отнести волокна СВМПЭ к категории сверхпрочных и высокомодульных материалов. В связи с острой необходимостью в подобных материалах в ряде передовых стран (Голландия, США, Япония) очень быстро был налажен промышленный выпуск гель-волокон, несмотря на сложность технологического процесса и необходимость больших капиталовложений.

Получение сверхпрочных и высокомодульных волокон СВМПЭ по методу гель-технологии и их последующего ориентационного упрочнения относится к числу высоких технологий в химической промышленности, которые определяют прогресс многих отраслей современной техники.

Полиэтиленовые волокна выгодно отличаются по сравнению с другими типами армирующих волокон (стекло- и углеродные волокна, волокна типа Kevlar и др.):

рекордными значениями удельной (на единицу веса) разрывной прочности и начального модуля;

исключительной стойкостью к высокоскоростным деформационным воздействиям, что позволяет получать изделия нового класса – лёгкие волоконно-композитные материалы с наиболее высокой баллистической прочностью;

устойчивостью к истиранию и изгибам, невосприимчивостью к действию влаги, низких температур, солнечной радиации, химической и биологической инертностью, а также абсолютной радиопрозрачностью;

Сверхпрочные ткани из сверхвысокомолекулярного полиэтилена

Высокопрочные и высокомодульные полиэтиленовые волокна, также называемый волокна ультра высокомолекулярного полиэтилена (UHMW-PE, СВМПЭ) — это самые высокотехнологичные волокна нашего века. СВМПЭ обладает такими характеристиками как высокая молекулярная масса, высокая степень ориентации, высокая кристаллизация, устойчивость к внешним воздействиям, сопротивление против истирания, механическим воздействиям и многому другому. Ткань из волокна СВМПЭ может иметь любую известную конструкцию, например: плетеную, вязаную или нетканую комбинацию. Ткани могут быть полотняные, саржевые и тому подобные. Ткань также может быть 3-мерная (3D ткани), такая материя содержит нити, которые выполняются и пересекаться друг с другом, в 3-х направлениях. 3D ткани, как известно, могут быть изготовлены на различной текстильной технике, в том числе в виде: вязания, шитья, плетения и/или ткачества. Ткань может быть с выполнена с различными миксами, содержать пламя и огнезащитные составы, покрытия для уменьшения адгезии, а так же добавлены волокна с красителями и световозвращающими элементами. Толщина ткани может варьироваться, в зависимости от необходимой стойкость к истиранию и параметров прочности, но с увеличением толщины ткани и увеличиваются производственные затраты. Наши опытные технологи знают, как выбрать оптимальную толщину ткани.

Читайте также: Боли в мягких тканях левой ноги

Произведенная ткань может быть использована для производства многих видов продукции:

Трикотажные ткани, показывают лучшее сопротивление истиранию;

Ткани в качестве защитного покрытия, ткани в качестве защитных средств (например, в отношении ущерба, причиненного абразивными силами или другими механическими воздействиями);

Ткани в качестве защитного покрытия от налипания и намерзания;

Защитные покров-покрытия(защитная одежда), для защиты человека от травм и повреждений. Примеры включают в себя защитные чехлы, экраны или жалюзи предназначенных для защиты/хранения вещей или другого имущества, перчатки, рукавицы или нарукавники, предназначенные для защиты ладоней, запястий или предплечий от механических воздействий;

Защитные мобильные чехлы/колпаки имеющие высочайшую стойкость против кислотных дождей, птичьего помета и других форм загрязнения окружающей среды;

Подставки/покрывала для защиты мебели;

Покрытия, облицовки фасадов и крыш предназначенные для защиты техники и конструкций на крыше здания;

Защитные накладки внутренних поверхностей зданий;

Защита от солнечного света, защитные тенты препятствующие п проникновению UV лучей(эффективно блокирует ультрафиолетовые лучи);

Защитные чехлы для авиационной техники в широчайшем диапазоне температур;

Тенты/чехлы не пропускающие частицы грязи и пыли, как также обеспечивающие стойкость к воде, гниению, блокирующие размножение микроорганизмов на поверхности ткани;

Ткани для повседневной одежды:
плательные ткани
ткани для аксессуаров
блузочные ткани
костюмные ткани
Ткани для верхней одежды:
курточные ткани
спортивные ткани
плащевые ткани
Ткани для специальной одежды:
ткани для спецодежды
ткани для медицинской одежды
ткани для корпоративной одежды
ткани для спортивной одежды
камуфляж
Ткани для сумок и рюкзаков:
сумочные ткани
рюкзачные ткани
Другие виды ткани:
тентовые ткани
палаточные ткани

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен

Применение

В военном деле: создание бронежилетов на основе волокон СВМПЭ (баллистические жилеты, пуленепробиваемые жилеты) различных классов защиты, шлемы. При изготовлении ткани из волокон СВМПЭ накладываются под разными углами (мультиаксиальная ткань из слоев однонаправленного шпона UD — UniDirectional), что увеличивает прочность многослойного пакета.

В машиностроении (бумагодельные машины и др.): коэффициент трения изделий и износостойкость из СВМПЭ приближается к фторопластам, при значительно меньшей стоимости. Детали из СВМПЭ используются для уплотнений в гидравлических и пневматических системах и в узлах сухого трения.
В электротехнике: изоляторы, изоляция кабелей и др.
В транспорте, судостроении: панелями из СВМПЭ облицовываются стапели судостроительных верфей. Канаты и тросы используются для буксировки, швартовки и якорных устройств на судах: при этом прочность и износостойкость таких канатов на единицу массы выше, чем у стальных некоторых марок, их свойства не меняются при намокании, такие тросы не тонут в воде и не нуждаются в смазке. Особенно известны тросы из волокон СВМПЭ «Дайнима» («ДСМ», Нидерланды), «Спектра» («Хонивелл», США).
В спорте: противоукольная защита в фехтовании, стропы парашютов, леска для рыбной ловли, тросы для альпинизма, в производстве лыж и сноубордов (в сочетании с углеволокном, увеличивая прочность и гибкость), синтетический лед (покрытие для ледовых видов спорта: хоккей, кёрлинг).
В медицине для создания эндопротезов суставов (тазобедренных, коленных, позвонков). Здесь в основном применяются «сшитые» СВМПЭ.
Компаунд на основе СВМПЭ, СВМПЭ гранула. Композиция предназначена для использования в термопласт-автоматах в качестве основного полимера или добавки повышающей износостойкость, стойкость к растрескиванию, вязкость разрушения, низкотемпературную надёжность, химическую стойкость. Формы выпуска СВМПЭ гранулы: листы, плиты, пластины, плёнка, труба, оболочка для кабельной продукции, профиль.
Труба из СВМПЭ. Это износостойкие трубопроводные системы для конкретных операций перемещения абразивных материалов: минералов, угля, кормов, отходов; внутризаводские трубопроводы отходов, суспензий, паст и т. п. технологических потоков.
Ткани из СВМПЭ применяются также для производства травмобезопасных перчаток в спорте, медицине, промышленности (перчатки стойкие к порезу, износостойкие перчатки).

Читайте также: Ткань для посадки микрозелени

Преимущества и недостатки

Материал обладает рядом весомых достоинств. Основные преимущества заключаются в следующем:

отличная сопротивляемость износу и механическим истираниям; полимер с высокой плотностью имеет высокую ударную прочность;
стойкость к образованию трещин, сколов и других видов деформаций;
устойчивость к колебаниям температур, благодаря чему материал допускается эксплуатировать как при чрезмерно высоких, так и при минимальных температурных показателях;
стойкость к воздействию влаги и агрессивных веществ (кроме окислителей); такая особенность достигается благодаря отсутствию в составе материала амидов, сложных эфиров или гидроксильных групп, отличающихся восприимчивостью к химически-агрессивным веществам;
устойчивость к солнечному излучению;
высокие гигиенические свойства – материал не подвержен атакам патогенных микроорганизмов; на нем не образуются грибок и плесень;
хорошая электроизоляционная и диэлектрическая способность;
у полиэтилена PE-500 отличная свариваемость;
стойкость к радиационному воздействию.

Высокомолекулярный полиэтилен относительно нов. Его производством занимаются 2 отечественных предприятия («Томскнефтехим» и «Казаньоргсинтез»). Технология изготовления сложна и финансово затратна, что сказывается на стоимости готовой продукции.

Методы переработки

Высокомолекулярный полиэтилен изготавливается по стандартам, соответствующим ГОСТу 16338-85. При производстве используется метод синтеза этилена при воздействии металлоценовых катализаторов. На данный момент известно несколько способов переработки полимера.

Спекание и горячее прессование

Благодаря этим методам получают большеформатный монолитный полиэтилен, пластины и цилиндры. В процессе дальнейшей механической обработки из них получают строганую ленту, различные механизмы для оборудования. Технология производства подразумевает холодное прессование полимера-порошка в заготовки и их последующее спекание при температуре +200 градусов. В результате температурной обработки получаются полуфабрикаты – монолиты, пластины и блоки.

Плунжерная экструзия

Процесс производства заключается в плавлении исходного сырья при высоких температурах до однородной резинообразной массы. Из нее при помощи специальных агрегатов с насадками выдавливаются стержни, трубы или ленты различной длины.

Гель-прядение

Технология изготовления включает несколько этапов: растворение исходного сырья в парафиновом масле и продавливание полученной массы через тонкие отверстия в воду. В результате получаются нити, которые в дальнейшем проходят обжиг в печном оборудовании с одновременной вытяжкой волокон и удалением веществ-растворителей. При обработке гель-прядением получается сверхпрочное волокно.

Свойства

В связи со строением молекул СВМПЭ является термопластичным веществом с относительно невысокой температурой плавления (135—190 °С), поэтому изделия из СВМПЭ не рекомендуется эксплуатировать при температурах превышающих 80—100 °С. При нагревании выше температуры плавления СВМПЭ не переходит в вязкотекущее состояние, а лишь в высокопластичное. Поверхность изделий из СВМПЭ — гладкая на ощупь.

СВМПЭ обладает очень низким для органических полимерных соединений водопоглощением, в пределах 0,01—0,05 %, что обусловлено отсутствием в молекулах СВМПЭ полярных групп (сложноэфирных, амидных, гидроксильных группировок). Поэтому свойства СВМПЭ не изменяются при воздействии воды (для сравнения, у кевлара прочность при намокании уменьшается в 2 раза из-за нарушения слабых водородных связей амидных групп, при высыхании прочность восстанавливается не полностью). СВМПЭ также устойчивы к воздействию большинства кислот и щелочей, ультрафиолетового и гамма излучения и микроорганизмов.

Удельная плотность чистого СВМПЭ — примерно 0,93—0,94,г/см³ с добавками — 0,95 г/см³. Отношение предела прочности на разрыв к массе у СВМПЭ на 40 % больше, чем у арамидных соединений типа кевлара. При наличии долговременной статической нагрузки, действующей на растягивание, СВМПЭ деформируется пока существует механическое напряжение (такое свойство называется ползучестью).

СВМПЭ имеет достаточно высокий модуль упругости при изгибе — около 1 ГПа и разрушающее растягивающее или изгибное напряжение 20—40 МПа (

4 кгс/мм²), уступая, таким образом, по разрушающим напряжениям лучшим высоколегированным малоуглеродистым высокочистым сталям в 50—100 раз, а по модулю упругости — в 200 раз (например, инструментальная сталь 4Х5МФС после низкотемпературной термомеханической обработки или аусформинга имеет напряжение разрушения σ_b≈250 кгс/мм² и предел текучести σ_0,2≈180—230 кгс/мм²). Однако благодаря низкой плотности, в 8—8,5 раз меньшей, чем у сталей, и высокой усталостной прочности (выносливости), изделия из СВМПЭ могут конкурировать по показателю прочность/собственный вес с изделиями из низкопрочных конструкционных сталей и даже превосходить их.

Читайте также: Чем чистить белые кроссовки из ткани

Основные свойства СВМПЭ, обуславливающие его применение, — очень высокая износостойкость, низкий коэффициент трения и высокая вязкость разрушения (низкотемпературная надёжность). Так, по износостойкости СВМПЭ при допустимых для него температурах эксплуатации и некоторых абразивах превосходит тефлоны и даже углеродистые стали. Коэффициент трения СВМПЭ (по стали) — около 0,1. Коэффициент ударной вязкости — 170 кДж/м² (с надрезом — до 80 кДж/м²), рабочие температуры — от минус 150 °С или даже минус 260 °С (по другим данным — от минус 80 °С) до плюс 80—90 °С.

Что это такое?

Этот материал относят к одному из видов пластичного полимеризованного этилена. Его особенность – удлиненные линейные молекулярные связи, ориентированные в одном и том же направлении. Такие цепи отличаются лучшим восприятием и передачей нагрузок.

По внешнему виду высокомолекулярный полиэтилен напоминает пластик. Он твердый, без запаха, в его составе отсутствуют токсичные вещества. Материал производится методом синтеза этилена и металлоценовых катализирующих веществ на установках низкого давления. На стадии производства в сырье добавляют колер для придания полимеризованному этилену окраса.

Производители также выпускают сверхвысокомолекулярный (ультравысокомолекулярный) полимер с молекулярной массой более 10000000 ед. (PE-1000). По прочностным характеристикам он в несколько раз превосходит некоторые марки углеродистых и нержавеющих сталей.

Свойства и характеристики материала

Высокопрочный полиэтилен имеет длинные молекулярные цепи, расположенные практически параллельно относительно друг друга. Такая особенность строения обеспечивает высокие прочностные показатели. Однако между некоторыми молекулами возникают слабые связи, из-за чего материал нельзя назвать теплостойким. Его рабочие температуры – до +100°С. При повышении температурных показателей до +140 градусов полимер плавится и превращается в вязкую массу.

Полимер PE-1000 имеет следующие технические характеристики:

водопоглощение – 0,01-0,05%;
удельная плотность – 0,93-0,94 г/см³;
модуль упругости при изгибе – не более 1 ГПа;
коэффициент трения – около 0,1;
коэффициент ударной вязкости – 160-170 кДж/м²;
удлинение при изгибе – 8-10%;
поверхностное сопротивление – 1014 Ом.

Сферы применения

Благодаря уникальным свойствам высокомолекулярный полиэтилен используют в различных сферах. Его нередко применяют как аналог, заменяющий различные цветные металлы, высоколегированные стали и другие материалы.

В медицине

Сверхпрочный полимер применяется для изготовления имплантов с 1962 года. Сегодня из него делают протезы для тазобедренных суставов в хирургии и зубных имплантов в стоматологии. Материал применяется для создания различных ортопедических товаров.

В химической, пищевой и легкой промышленности

Материал используется для изготовления оборудования и комплектующих для пищевого производства, емкостей для хранения и транспортировки химически-агрессивных веществ, флаконов для косметики, бочек, цистерн.

В военной отрасли

Прочные волокна полимера применяются для изготовления средств индивидуальной защиты для сотрудников спецслужб. В частности из них изготавливают бронежилеты, каски. Полученная броня имеет небольшой вес, но при этом она надежно защищает от пулевых ранений. А также при помощи этого полимера бронируют спецтехнику.

В машиностроении

Высокопрочный полиэтилен используется для изготовления запчастей, работающих в гидравлических или масляных средах. Из него производят подшипники, втулки, вкладыши, шестерни – детали, подверженные высокой степени механического истирания. Из сверхпрочного полимера PE-1000 изготавливают запчасти для пневмоустановок с повышенным рабочим давлением.

Спортивные товары и инвентарь

Материал используется при изготовлении костюмов для фехтования, альпинистского обмундирования, лыж, сноубордов.

Из высокопрочного полимера изготавливаются многочисленные товары народного потребления. К ним относят изделия для цветоводства и обустройства ванной комнаты, предметы домашнего обихода и садово-огородный инвентарь. Он применяется для производства мебели, детских игрушек, мобильных туалетов, инвентаря для обустройства детских игровых комплексов.

Ещё больше полезной информации о высокомолекулярном полиэтилене можно узнать из видео.

Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом