Polyethylen mit hohem Molekulargewicht: Beschreibung, Eigenschaften, Anwendungen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Jeden Tag werden neue künstlich gewonnene Materialien in die Sphäre der menschlichen Tätigkeit eingeführt. Eines davon ist Polyethylen mit hohem Molekulargewicht, das seit den 1950er Jahren zu einem kommerziellen Produkt geworden ist, aber erst jetzt wirklich an Popularität gewinnt.

Beschreibung

Polyethylen mit hohem Molekulargewicht ist eine Art thermoplastisches polymerisiertes Ethylen. Sein Hauptmerkmal sind sehr lange Molekülketten. Sie werden besser wahrgenommen und übertragen Lasten und „kompensieren“sie durch intermolekulare Wechselwirkungen.

Das Material unterscheidet sich optisch nicht von anderen Kunststoffarten. Es ist geruchlos, geschmacklos, ungiftig. Durch das Einbringen von Farben kann ihm eine beliebige Farbe gegeben werden. Gleichzeitig hat es eine Reihe von Eigenschaften, die es von anderen Polymeren unterscheidet.

Polyethylen mit hohem Molekulargewicht ist ein zähes Material mit großer Schlagfestigkeit. Er ist in der Lage zu widerstehenerhebliche Belastungen. Es nimmt keine Feuchtigkeit auf, weswegen es nicht mit der menschlichen Haut interagiert und sich rutschig anfühlt. Darüber hinaus hat es eine hohe Abriebfestigkeit (mehr als Stahl) und einen niedrigen Reibungskoeffizienten.

Eigenschaften von Polyethylen mit hohem Molekulargewicht

Wie bereits erwähnt, sind lange Molekülketten das Hauptmerkmal dieses Polymers mit hohem Molekulargewicht. Außerdem sind sie in die gleiche Richtung orientiert. Sie liegen nahezu parallel zueinander. Dies erklärt die Festigkeit des Materials.

Trotz der Tatsache, dass hochmolekulares Polyethylen lange Ketten bildet, ist die Bindung zwischen einzelnen Molekülen schwach. Diese Zahl ist eine Größenordnung niedriger als die von Kevlar, das nicht weniger h altbar ist. Diese Eigenschaft macht das Polymer nicht hitzebeständig – es schmilzt bei einer Temperatur von 144 Grad Celsius.

Dieses Polyethylen enthält keine Ester, Amine oder Hydroxylgruppen, die Materialien anfällig für reaktive und schwere Umgebungen machen. Dadurch wird die Substanz weder Wasser noch Feuchtigkeit, aggressiven Reagenzien, Mikroorganismen oder UV-Strahlen ausgesetzt.

Hauptrecyclingmethoden

Die Anforderungen, nach denen Polyethylen mit hohem Molekulargewicht hergestellt werden sollte, enthält GOST 16338-85. Ihnen zufolge erfolgt die Synthese des Materials durch die Einwirkung von Metallocenkatalysatoren auf das Monomer - Ethylen. Für die direkte Herstellung von Produkten werden hauptsächlich folgende Verarbeitungsarten verwendet:

1. Gelspinnen. Rohstoffemit Lösungsmittel vermischt. Die entstehende Masse wird durch die Löcher ins Wasser gedrückt. Die resultierenden Filamente werden in Öfen gebrannt, während sie herausgezogen und das Lösungsmittel entfernt werden.
2. Heißpressen und Sintern. Die pulverförmige Masse wird mit großer Kraft komprimiert, wodurch ein homogenes Material erh alten wird. Dann wird es einer Wärmebehandlung unterzogen - Sintern bei einer Temperatur von 150-200 Grad.
3. Kolbenextrusion. Das Rohmaterial wird zu einer homogenen, gummiartigen Masse geschmolzen und anschließend durch spezielle Düsen ausgepresst.

Gelspinnen ist am weitesten verbreitet. Schließlich erhält man so hochmolekulare Polyethylenfasern mit großer Festigkeit.

Militärische Nutzung

Fasern, für deren Herstellung ein Polymer mit hohem Molekulargewicht verwendet wird, werden häufig zur Herstellung von persönlicher Schutzausrüstung, insbesondere von kugelsicheren Westen, verwendet. Aufgrund solcher Eigenschaften der Fäden wie geringes spezifisches Gewicht und hohe Streckgrenze (das Verhältnis dieser Indikatoren ist 7-8 mal höher als das von Stahl), ist die Panzerung leicht und widerstandsfähig gegen Kugeln, Splitter und andere schädliche Elemente.

Körperschutz wird aus Schichten hergestellt, die durch das Aufbringen von Fasern in verschiedenen Winkeln übereinander erh alten werden. Dank dieser Technologie entstehen multiaxiale Gewebe - eine besondere Art von glasartigen Geweben, die Belastungen in alle Richtungen standh alten. Polyethylen mit hohem Molekulargewicht wird zum Schutz des Oberkörpers und der Gliedmaßen verwendet. Eigenschaftenmultiaxiale Stoffe ermöglichen den Schutz von gepanzerten Fahrzeugen sowie die Verwendung von Fasern zur Herstellung von schnittfesten Handschuhen.

Medizinische Anwendungen

In der Medizin wird Polyethylen mit hohem Molekulargewicht hauptsächlich zur Herstellung von Implantaten für das Hüftgelenk, die Wirbelsäule und die Kniegelenke verwendet. Es wurde erstmals 1962 für diesen Zweck verwendet. Und seitdem begann zu dominieren.

Weit verbreitetes und modifiziertes Material - Mesh oder vernetztes Polymer. Es wird gewonnen, indem die Fasern aus hochmolekularem Polyethylen mit Gamma-Quanten oder Elektronen beschossen werden, die die Fäden zusammennähen. Danach wird es Hitze ausgesetzt, was seine Redoxfähigkeit verringert.

Fasern auf Basis dieses Rohstoffs werden auch zum Nähen verwendet. Führend in der Herstellung dieser Produkte ist DSM, das den medizinischen Markt mit Nähfäden namens Dyneema Purity beliefert.

Industrielle Nutzung

Platten aus Polyethylen mit hohem Molekulargewicht, die in Form von 2 cm dicken Flachbarren an den Fertigungsmarkt geliefert werden, haben die größte Anwendung in der Industrie gefunden: Kunststofffenster der Prestige-Klasse, PVC-Platten und PVC-Profile in verschiedenen Konfigurationen werden auf seiner Grundlage hergestellt.

Im Maschinenbau für die Herstellung von Dichtungsringen, Lagern, die Herstellung von Teilen, die in einer Hydraulik- oder Ölumgebung arbeiten, undauch in pneumatischen Anlagen mit hohem Betriebsdruck wird am häufigsten hochmolekulares Polyethylen 1000 verwendet - einer der Hauptpolymertypen.