خواص عالی فیبر UHMWPE

ساختار منحصر به فرد UHMWPE خواص فیزیکی و شیمیایی عالی به آن می دهد، اما ساختار خطی ستون فقرات ماکرومولکولی خطی انعطاف پذیر UHMWPE و وزن مولکولی بسیار بالای آن (ستون مولکولی بلند) نیز فرآیند قالب گیری این ماده را محدود می کند. زنجیره ماکرومولکولی UHMWPE به دلیل زنجیره مولکولی طولانی خود، همچنان درجه بالایی از حالت پیچش و سیم پیچی متقابل را پس از ذوب حفظ می کند و در نتیجه ویسکوزیته بالایی در حالت مذاب ایجاد می کند که نمی تواند حالت جریان ویسکوز را ایجاد کند اما حالت کشسانی بالایی دارد و ذوب می شود. شاخص تقریباً 0 است. بنابراین، روش‌های پردازش و قالب‌گیری اکستروژن و ریسندگی که معمولاً در پلی اتیلن مورد استفاده قرار می‌گیرند، از طریق ذوب داغ قابل دستیابی نیستند. در عین حال، نرخ برش بحرانی UHMWPE در حالت الاستیک بالا کم است و ویسکوزیته مذاب بسیار زیاد است، بنابراین به راحتی می توان سطح محصول را ناهموار، پیچ خورده، ناصاف، ترک خوردگی مذاب و موارد دیگر ساخت. مشکلات در فرآیند قالب گیری اکستروژن یا تزریق، که همچنین عاملی است که پردازش مواد را دشوار می کند. در مقایسه با الیاف معمولی، الیاف UHMWPE بیشتر نگران استحکام کششی و مدول کششی بالا، چگالی کم و مقاومت ضربه ای بالا بر اساس ساختار زنجیره ای انعطاف پذیر هستند. علاوه بر این، فیبر UHMWPE دارای عایق عالی، مقاومت در برابر دمای پایین، پایداری شیمیایی و آب گریزی است.
1 فیبر پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا خواص مکانیکی عالی
فیبر UHMWPE دارای خواص مکانیکی عالی است. تحت همین چگالی خطی، استحکام کششی الیاف UHMWPE 15 برابر سیم طناب فولادی، 40 درصد بیشتر از الیاف آرامید، و 10 برابر الیاف فولادی با کیفیت بالا و الیاف کامپوزیت معمولی است. در مقایسه با فولاد، شیشه E-لامینیت، نایلون، پلی آمین، استحکام و مدول بالاتری دارد و در مواد اولیه با همان کیفیت بالاترین استحکام را دارد.
2 الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده با چگالی عالی و استحکام ویژه
چگالی فیبر UHMWPE حدود {0}}.95g/cm3 ~ 0.98g/cm3 است که چگالی کمتری نسبت به فیبر کربن و فیبر آرامید دارد و چگالی آن کمتر از چگالی آب است، مشابه به پلی پروپیلن، یک فیبر ویژه با کارایی بالا با چگالی کمتر از آب است.
الیاف UHMWPE نوعی الیاف سبک وزن با استحکام بالا است، استحکام خاص بسیار بهتر از فیبر کربن، آرامید و سایر الیاف پلیمری خاص است.
استحکام کششی فیبر UHMWPE حدود 2.8 ~ 4N/tex است (چگالی محاسبه شده در 0.98g/cm3، استحکام کششی حدود 2744MPa ~ 392{10}}MPa است). مدول کشش حدود 91 تا 140 نیوتن/تکس است (چگالی 0.98 گرم بر سانتی متر مکعب محاسبه می شود، سپس مدول کششی حدود 90 گیگا پاسکال تا 137 گیگا پاسکال است). اگرچه استحکام کششی الیاف UHMWPE مشابه الیاف خاصی مانند فیبر کربن و آرامید است، استحکام کششی ویژه UHMWPE حدود 50٪ بیشتر از آرامید و فیبر کربن است که اساسا بالاترین مقاومت کششی ویژه پلیمر است. فیبر ویژه در حال حاضر
3 الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا مقاومت در برابر سایش عالی
به طور کلی، هر چه مدول ماده خام بیشتر باشد، مقاومت به سایش کمتر می شود، اما برای فیبر UHMWPE، برعکس است. از آنجایی که ضریب اصطکاک فیبر UHMWPE پایین است، هر چه مدول بالاتر باشد، مقاومت به سایش نیز بالاتر است. بنابراین مقاومت به سایش آن نسبت به سایر الیاف شیمیایی عالی برتری دارد. به دلیل مقاومت در برابر سایش و مقاومت خمشی، ویژگی های تولید و فرآوری بسیار خوبی دارد و ساخت سایر مواد پلیمری و منسوجات آسان است.
4 الیاف UHMWPE در برابر خوردگی شیمیایی مقاوم است
ساختار شیمیایی فیبر UHMWPE نسبتا ساده است، خواص فیزیکی نسبتاً پایدار است و تمایل به ساختار کریستالی بالا دارد. بنابراین، ژن فعال موجود در اسید و باز قوی به راحتی مورد حمله قرار نمی گیرد و تنها چند محلول آبی شیمیایی آلی دیگر می تواند آن را کمی متورم کند و آسیب خواص مکانیکی آن کمتر از 10٪ است. الیاف پلی اتیلن با محتوای فوق العاده بالا و الیاف آرامید دارای میزان ماندگاری فشاری بسیار بالایی در مواد شیمیایی مختلف هستند. مقاومت خوردگی الیاف پلی اتیلن با محتوای فوق العاده بالا به طور قابل توجهی بالاتر از الیاف آرامید است. ساختار آن در اسیدها، بازها و نمک ها بسیار پایدار است و استحکام آن فقط در محلول هیپوکلریت سدیم شکسته می شود.
5 فیبر UHMWPE مقاومت نور خوبی دارد
ساختار شیمیایی فیبر UHMWPE پایدار است، بنابراین مقاومت نوری آن نیز بهترین در بین الیاف شیمیایی جدید است. نرخ حفظ استحکام الیاف UHMWPE به وضوح بالاتر از نایلون است و نرخ حفظ استحکام فیبر آرامید با مدول بالا و پایین بهبود یافته است.
6 سایر خواص فیبر پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا
فیبر UHMWPE دارای آبگریزی عالی، مقاومت در برابر رطوبت، عایق و عمر مفید است. مقاومت آن در برابر رطوبت و مقاومت در برابر سرما عالی است و وزن مخصوص آن کم است. این تنها فیبر شیمیایی جدیدی است که می تواند روی آب شناور شود و برای الیاف با دمای پایین ایده آل است. با این حال، یک نقطه ضعف نیز دارد، یعنی نقطه ذوب پایین. در فرآیند تولید، دما نباید بیش از 130 درجه سانتیگراد باشد، در غیر این صورت، به دلیل برهمکنش ضعیف بین زنجیره ساختار مولکولی فیبر UHMWPE، باعث آرامش استرس و کاهش طول عمر می شود. الیاف UHMWPE گروه های رنگی ندارند و همین امر باعث نفوذپذیری ضعیف آنها می شود و رنگ ها نمی توانند به داخل الیاف نفوذ کنند و در نتیجه رنگ ضعیفی ایجاد می کنند. این نقص بر دامنه کاربردهای اولیه آن تأثیر می گذارد.