Получение волокон на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена

СВМПЭ (Ultra-high-molecular-weight polyethylene; UHMWPE)
Также известный как высокомодульный полиэтилен (high-modulus polyethylene; HMPE) или высокопроизводительный полиэтилен (high-performance polyethylene; HPPE);
ММ 2 - 6 миллонов;
Степень ориентации > 95%, высокая
ст. кристалличности (до 85%);
Синтез как для PE высокой плотности
(низкого давления) с использованием металлоорганических катализаторов для наращивания массы.

Свойства СВМПЭ и волокна на его основе
Самая низкая плотность среди волокон;
Повышенная жесткость и исключительно высокая ударная прочность;
Высокие диэлектрические свойства;
Гидрофобность (отсутсвие полярных групп);
Высокая стойкость в агрессивных средах;
Стойкость к УФ и микроорганизмам;
Высокая стойкость к истиранию;
Высокая морозостойкость ( до -200°С)
Недостатки:
Низкая термостойкость, Тэкс max 110°С;
Ползучесть;
Плохая прочность при сжатии;
Низкая адгезия

Производство СВМПЭ волокна методом гель формования
Гель – это макроскопически связанная система, пространственно «сшитая» поперечными связями, содержащая значительное количество низкомолекулярной жидкости и проявляющая эластические свойства.
В ПЭ гелях система связана кристаллическими узлами
Свойства СВМПЭ волокна, полученного Пеннингсом через раствор: σ 3ГПа и Е 100ГПа. Скорость формования волокна 30-150 см/мин.
В 70-е годы ХХ века фирма DSM предлагает метод получения СВМПЭ волокна через гель состояние.
А.В. Савицкий огополучил, используя метод гель-формования в совокупности стметодом зонного вытягивания волокно из СВМПЭ с прочностью 7–10 ГПа (1984 г).
Японские исследователи Саватари и Матсуо объявили о создании волокон с модулем упругости 220 ГПА, что весьма близко к теоретическому значению для идеального монокристалла ПЭ (~250 ГПа), 1986 г.

Производство СВМПЭ волокна методом гель формования
\

Требования к исходному СВМПЭ: ММ ≥10⁶,
полидисперсность 3-7, ср. диаметр частиц порошка 1-89 мкм, массой 5*10^(-5) мг.
Этапы- получения волокна:
растворение РП СВМПЭ в углеводородном растворителе при повышенной температуре и перемешивании;
продавливание при повышенной температуре полученного раствора через фильеру и последующее резкое охлаждение горячих формованных струй в приемной ванне с образованием «мокрого» гель-волокна, за счет фазового разделения формовального раствора;
ориентационное термовытягивание «мокрого» гель-волокна или сухой нити - ксерогеля с образованием высокопрочного волокна при высокой кратности растяжения.
Недостатки:
рекуперация растворителя, экологически вредно, дороговизна
В качестве растворителей используют алифатические, циклоалифатические, ароматические углеводороды с температурой кипения не ниже 100° С(октан, нонан, декан, их изомеры), парафиновые масла, воски, алифатические соединения с Тпл=40-12 °С (карбоновые кислоты, их амиды и эфиры, спирты, меркаптаны).

Технология безрастворного получения пленочных нитей из СВМПЭ
Замена стадии в традиционном процессе:
Приготовление 2-5% раствора СВМПЭ и формования из него волокна продавливанием через фильеру в осадительную ванну заменяется на безрастворное твердофазное формование пленочных нитей.
Недостатки:
требование только специальных марок порошков СВМПЭ способных к компактизации, изготовление только пленочных нитей

Области применения волокон из СВМПЭ