以冻胶纺丝-超拉伸技术制备高强度、高模量聚乙烯纤维是70年代末出现的一种新颖纺丝方法。荷兰DSM公司最早于1979年申请专利，随后美国Allied公司、日本与荷兰联合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都实现了工业化生产。中国纺织大学化纤所从1985年开始该项目的研究，逐步形成了自己的技术，制得了高性能的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纤维〔3〕。

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)冻胶纺丝过程简述如下:溶解超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)于适当的溶剂中，制成半稀溶液，经喷丝孔挤出，然后以空气或水骤冷纺丝溶液，将其凝固成冻胶原丝。在冻胶原丝中，几乎所有的溶剂被包含其中，因此超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)大分子链的解缠状态被很好地保持下来，而且溶液温度的下降，导致冻胶体中超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)折叠链片晶的形成。这样，通过超倍热拉伸冻胶原丝可使大分子链充分取向和高度结晶，进而使呈折叠链的大分子转变为伸直链，从而制得高强度、高模量纤维。

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纤维是当今世界上第三代特种纤维，强度高达30.8cN/dtex,比强度是化纤中最高的，又具有较好的耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐光等优良性能。它可直接制成绳索、缆绳、渔网和各种织物:防弹背心和衣服、防切割手套等，其中防弹衣的防弹效果优于芳纶。国际上已将超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纤维织成不同纤度的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳等。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纤维的复合材料在军事上已用作装甲兵器的壳体、雷达的防护外壳罩、头盔等;体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。

压制烧结是超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)最原始的加工方法。此法生产效率颇低，易发生氧化和降解。为了提高生产效率，可采用直接电加热法。

〔1〕另外，Werner和Pfleiderer公司开发了一种超高速熔结加工法;

〔2〕采用叶片式混合机，叶片旋转的最大速度可达150m/s，使物料仅在几秒内就可升至加工温度。

挤出成型设备主要有柱塞挤出机、单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。双螺杆挤出多采用同向旋转双螺杆挤出机。

60年代大都采用柱塞式挤出机，70年代中期，日、美、西德等先后开发了单螺杆挤出工艺。日本三井石油化学公司最早于1974年取得了圆棒挤出技术的成功。我国于1994年底研制出Φ45型超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)专用单螺杆挤出机，并于1997年取得了Φ65型单螺杆挤出管材工业化生产线的成功。

日本三井石油化工公司于1974年开发了注塑成型工艺，并于1976年实现了商业化，之后又开发了往复式螺杆注塑成型技术。1985年美国Hoechst公司也实现了超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的螺杆注塑成型工艺。我国1983年对国产XS-ZY-125A型注射机进行了改造，成功地注射出啤酒罐装生产线用超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)托轮、水泵用轴套，1985年又成功地注射出医用人工关节等。

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)加工时，当物料从口模挤出后，因弹性恢复而产生一定的回缩，并且几乎不发生下垂现象，故为中空容器，特别是大型容器，如油箱、大桶的吹塑创造了有利的条件。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)吹塑成型还可导致纵横方向强度均衡的高性能薄膜，从而解决了HDPE薄膜长期以来存在的纵横方向强度不一致，容易造成纵向破坏的问题。

由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)熔融状态的粘度高达108Pa*s，流动性极差，其熔体指数几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。近年来，超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的加工技术得到了迅速发展，通过对普通加工设备的改造，已使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。

吸水箱盖板、导流板、刮水板、水翼

耐环境应力开裂性优良，抗反复疲劳强度高，噪音和振动阻尼性均优良，可用作高架、轻轨桥面防震垫块、自卸汽车、翻斗衬里、砂浆、混凝土容器及溜槽衬里，清洗方便。

装配式冷库，低温集装箱垫仓板，在欧洲核研究中心成功地在液氮温度下将超高作密封圈、衬垫及活塞环应用

由于超高分子量聚乙烯生物相容性良好，医疗上作人工移植器官，世界上已有几十万人接受超高骨关节植置。目前本公司正与国内外著名机构着手研究开发多种范围的人工器官件的临床应用试验。

超高具有良好的电绝缘性能，电性能指标都在一般塑料之上。

使用各种食品、清洁方便，已用作食品加工厂的切配台板、面包房工作台面、和面机等。 皮革机械冲床裁料砧板，使用寿命与其他塑料比较提高四倍以上，并且表面刨削一层可继续使用。 超高分子量聚乙烯是一种近年耐开发应用的新材料，作为一种永久性固体润滑剂以保护受摩擦的金属表面，可降低能耗，减少噪音以及昂贵的维修费用。

超高分子量聚乙烯UHMW-PE产品的行业应用:

由于UHMW-PE具有很好的耐磨性、环保、防静电、缓冲、高耐磨 、防潮、耐腐蚀、易加工 、吸震、无噪音、 经济、不变形、抗冲击性、自润滑性，所以很适合制作各种耐磨机械零件，如托轮、轴套、喷嘴、搅拌叶，应用范围极为广泛。

虽然超高分子量聚乙烯板有很多优点，但是世界上没有完美的事物，它也有它的缺陷，与其它工程塑料相比，高分子量聚乙烯具有表面硬度和热变形温度低、弯曲强度以及蠕变性能较差等缺点。这是由于高分子量聚乙烯得分子结构和分子聚集形态造成得，可通过填充和交联得方法加以改善。

通过加入阻燃剂，使超高分子量聚乙稀(UHMW-PE)具有阻燃性。

利用超高分子量聚乙稀(UHMW-PE)的吸能特点，可广泛应用在机械设备行业中，用于钢铁材质表面，减少摩擦，提高效益。

超高分子量聚乙稀(UHMW-PE)具有很好的耐老化性能，使用时间更长，节约成本。

UHMWPE极高的分子量赋予其优异的使用性能，而且属于价格适中、性能优良的热塑性工程塑料，它几乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不易粘附、不易吸水、密度较小等综合性能。事实上，目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能。

UHMWPE的耐磨性居塑料之冠，并超过某些金属，图1为UHMWPE与其它材料耐磨性比较。从图1可以看出，与其它工程塑料相比，UHMWPE的沙浆磨耗指数仅是PA66的1/5，HEPE和PVC的1/10;与金属相比，是碳钢的1/7，黄铜的1/27。这样高的耐磨性，以致于用一般塑料磨耗实验法难以测试其耐磨程度，因而专门设计了一种沙浆磨耗测试装置。UHMWPE耐磨性与分子量成正比，分子量越高，其耐磨性越好。

UHMWPE的冲击强度，在所有工程塑料中名列前茅，图2为UHMWPE与其他工程塑料冲击强度比较，从图2中可以看出，UHMWPE的冲击强度约为耐冲击PC的2倍，ABS的5倍，POM和PBTP的10余倍。耐冲击性如此之高，以致于采用通常冲击试验方法难以使其断裂破坏。其冲击强度随分子量的增大而提高，在分子量为150万时达到最大值，然后随分子量的继续升高而逐渐下降。值得指出的是，它在液氮中(-195℃)也能保持优异的冲击强度，这一特性是其它塑料所没有的。此外，它在反复冲击表面硬度更高。

UHMWPE有极低的摩擦因数(0.05~0.11)，故自润滑性优异。表1为UHMWPE与其他工程塑料摩擦因数比较。从表1可以看出，UHMWPE的动吗擦因数在水润滑条件下是PA66和POM的1/2，在无润滑条件下仅次于塑料中自润滑性最好的聚四氟乙烯(PTFE);当它以滑动或转动形式工作时，比钢和黄铜加润滑油后的润滑性还要好。因此，在摩擦学领域UHMWPE被誉为成本/性能非常理想的摩擦材料。

UHMWPE具有优良的耐化学药品性，除强氧化性酸液外，在一定温度和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质(酸、碱、盐)及有机介质(荼溶剂除外)。其在20℃和80℃的80种有机溶剂中浸渍30d，外表无任何反常现象，其它物理性能也几乎没有变化。

UHMWPE具有优异的冲击能吸收性，冲击能吸收值在所有塑料中最高，因而噪声阻尼性能很好，具有优良的削音效果。

UHMWPE具有优异的耐低温性，在液氦温度(-269℃)下仍具有延展性，因而能够用作核工业的耐低温部件。

UHMWPE卫生无毒，可用于接触食品和药物。

UHMWPE表面吸附能力非常微弱，其抗粘符能力仅次于塑料中不粘性最好的PTFE，因而制品表面与其它材料不易粘符。

UHMWPE吸水率很低;一般小于0.01%，仅为PA66的1%，因而在成型加工前一般不必干燥处理。

UHMWPE与其它工程塑料密度比较相对来说低。

由于UHMWPE具有朝拉伸取向必备的结构特征，所以有无可匹敌的超高拉伸强度，因此可通过凝胶纺丝法制得超高弹性模量和强度的纤维，其拉伸强度高达3~3.5GPa,拉伸弹性模量高达100~125GPa;纤维比强度是迄今已商品化的所有纤维中最高的，比碳纤维大4倍，比钢丝大10倍，比芳纶纤维大50%。

根据美国菲利普石油公司的划分方法，分子量在150万以上的聚乙烯称为"超高分子量聚乙烯(UHMWPE)"。德国赫斯特(Hoechst)公司、美国赫尔克乐斯(Hercules)公司和日本三井石油化学公司是世界上生产UHMWPE的三大公司，中国主要生产厂家是北京助剂二厂、上海高桥石化公司化工厂。超高分子量聚乙烯板的原料,就是分子量在150万以上的超高分子量聚乙烯.

辊压成型是一种固态加工方法，即在超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的熔点以下对其施加一很大的压力，通过粒子形变，有效地将粒子与粒子融合。主要设备是一带有螺槽的旋转轮和一带有舌槽的弓形滑块，舌槽与螺槽垂直。在加工过程中有效地利用了物料与器壁之间的摩擦力，产生的压力足够使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粒子发生形变。在机座末端装有加热支台，经过模口挤出物料。如将此项辊压装置与挤压机联用，可使加工过程连续化。

把超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)树脂粉末在140℃~275℃之间进行1min~30min的短期加热，发现超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)的某些物理性能出人意料地大大改善。用热处理过的超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粉料压制出的制品和未热处理过的UHMPWE制品相比较，前者具有更好的物理性能和透明性，制品表面的光滑程度和低温机械性能大大提高了。

采用射频加工超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一种崭新的加工方法，它是将超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粉末和介电损耗高的炭黑粉末均匀混合在一起，用射频辐照，产生的热可使超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)粉末表面发生软化，从而使其能在一定压力下固结。用这种方法可在数分钟内模压出很厚的大型部件，其加工效率比目前超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)常规模压加工高许多倍。

将超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)溶解在挥发溶剂中，连续挤出，然后经一个热可逆凝胶/结晶过程，使其成为一种湿润的凝胶膜，蒸除溶剂使膜干燥。由于已形成的骨架结构限制了凝胶的收缩，在干燥过程中产生微孔，经双轴拉伸达到最大空隙率而不破坏完整的多孔结构。这种材料可用作防水、通氧织物和耐化学品服装，也可用作超滤/微量过滤膜、复合薄膜和蓄电池隔板等。与其它方法相比，由此法制备的多孔超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)膜具有最佳的孔径、强度和厚度等综合性能。

前，超高分子量聚乙烯板材的应用范围越来越广泛，其种类也越来越多，我们如何对其进行鉴定区分呢?起源化工教您几招:

第一招:颜色区分，产品颜色均匀不成浑浊现象。

第二招:抗冲击法分。简单的操作就是用锤子用力敲击板材不会断裂。

第三招:抚摩法。用手抚摸我们的产品表面滑滑的无粗糙感。

超高分子量聚乙烯板材的最新应用领域:

一、饮料食品机械:利用耐磨性、耐冲击性、不粘结、卫生无毒性，制作工作板、输送、齿轮等。

二、造纸工业:真空箱面板、脱水板、刮板、密封条、切纸机轴套等。

三、水处理:污水处理厂的污泥刮板、螺旋输送机衬板、泥浆泵叶轮、泵轴套、澄清装置齿轮和沉淀池的衬板等。

四、医疗器械:人体植入物、人造关节、矫形外科器械和支架、外科手术器。

五、纺织机械:利用抗冲击性、耐磨性和自润滑性，如36齿轮、梭弹架机缓冲挡板、轴承衬瓦等。

六、汽车制造:超高分子量聚乙烯制品不仅能够减少零件数量，在降低噪声方面也起到了很好的作用。生产厂家应利用超高分子量聚乙烯制品成型的特点，尽量是多个零件一体化，减少数目，设法达到一次成型复杂零件的目的。汽车超高分子量聚乙烯的使用量每年呈增长趋势。

由于超高分子量聚乙烯的分子链呈缠绕状、粘度极高、几乎没有流动性，所以加工难度很大。用一般的加工设备加工产品很难成型。

目前超高分子量聚乙烯板材的加工大都采用烧结模压法，也有采用柱塞挤出法但产量很低。

采用模压法生产超高分子量聚乙烯板材时一般采用如下生产工艺:

1.原材料的选用

原材料的优劣决定了板材产品的品质。选用分子量300万以上优质的原材料加以科学的配方，合理的工艺才能得到优质的产品。

2.配料

首先检验原材料的各项性能指标(核对产品检验报告)，按确定的配方比例加入各种添加剂放入高速混料机，在一定的压力、温度下混合好予配料，充分排出原料中的水分。如果板材的颜色有要求的话，还得根据颜色的要求添加相应的颜料。

3.加压塑化

将混合好的原材料装入模具中加一定的压力排出原料中的空气，加高温使模具中的无料塑化成透明糊状体，保持一定的温度和压力使之充分塑化。

4.成型

经过充分塑化后，逐渐将温度降低，同时加高压。温度越低所加的压力就越大，直到达到工艺的要求。

5.脱模整形

板材从模具中取出后经过人工整形后入库待运。

超高分子量聚乙烯板材英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万以上的聚乙烯。

分子式:-(-CH2-CH2-)-n-，密度:0.936~0.964g/cm3。热变形温度(0.46MPa)85℃，熔点130~136℃。

机械性能高于一般的高密度聚乙烯。具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性，卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等。

使用温度100~110℃。耐寒性好，可在-269℃下使用。密度0.985g/cm3，分子量200万的产品，其断裂拉伸强度40MPa，断裂伸长率350%，弯曲弹性模量600MPa，悬臂梁缺口冲击冲不断。磨耗量(MPC法)20mm。

UHMWPE有极好的耐磨性，良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性，耐热性优于一般PE，缺点是耐热性(热变形温度)低、加工成型性差，外表面硬度，刚性，耐蠕变性不如一般工程塑料，膨胀系数偏大。UHMWPE流动性差，熔融状态下粘度极高，是呈橡胶状的高粘弹性体，早期仅能用压制和烧结方法成型，也可用挤出、注塑和吹塑方法加工。