Erittäin suuren molekyylipainon omaava polyeteeni

Henkilöllisyystodistus
Erittäin suuren molekyylipainon omaava polyeteeni

Synonyymit	UHMPE, UHMWPE, UHMWP, UHMW, HMPE
N o CAS	9002-88-4
Hymyilee	CC PubChem, vue 3D
Kemialliset ominaisuudet
Raaka kaava	(C 2 H 4 ) n
Moolimassa	~ 3 x 106 g · mol -1
Fyysiset ominaisuudet
T ° fuusio	130 kohteeseen 136 ° C: ssa
Tilavuusmassa	0,941 - 0,965 g · cm -3
Lämmönjohtokyky	0,46 - 0,4 W · m- 1 · K -1
Sähköiset ominaisuudet
Dielektrinen vakio	2,3 (60 Hz) 2,3 (1 MHz)
Optiset ominaisuudet
Taitekerroin	$n^{ 20 }_{ }$ 1.54
Läpinäkyvyys	läpikuultava
Varotoimenpiteet
Direktiivi 67/548 / ETY
Classification : classe III

SI- ja STP- yksiköt, ellei toisin mainita.

Erittäin suuren moolimassan omaavaa polyeteeniä ( UHMPE ) on suuritiheyksinen polyeteeni (HDPE), tunnettu siitä, että erinomainen kulutuksen kestävyys. Koska sen erittäin korkea moolimassa , tässä lineaarista polyeteeniä on hyvin alhainen sulaindeksi , joten muotoiluun on vaikeaa. Kuidut on moduulin erittäin korkea, voidaan saada sen jälkeen, kun venytyksen .

Synonyymit

UHMWPE tarkoittaa varten ultrakorkean moolimassan polyeteeniä (lyhennetään joskus UHMW), joka tunnetaan myös korkean moduulin polyeteeni (HMPE, korkea moduuli polyeteeni ) tai korkean suorituskyvyn polyeteeni (HPPE, korkean suorituskyvyn polyeteeni ).

Esitys

UHMPE: n ketjut ovat erittäin pitkiä, suuruusluokkaa useita satoja tuhansia monomeeriyksiköitä . Pidempi ketju palvelee varauksen siirtämistä tehokkaammin polymeerin runkoon vahvistamalla molekyylien välisiä voimia . Tuloksena on erittäin vahva materiaali, jolla on tällä hetkellä korkein iskunkestävyys kaikista termoplastisista yhdisteistä . Se kestää hyvin syövyttäviä kemikaaleja hapettavia happoja lukuun ottamatta , se imee kosteutta erittäin huonosti ja sillä on erittäin pieni kitkakerroin. Se on itsevoiteleva ja erittäin kulutusta kestävä: joissakin muodoissa se on jopa viisitoista kertaa enemmän kulutusta kestävä kuin teräs . Sen kitkakerroin on merkittävästi pienempi kuin nailonilla tai asetaalilla ja on verrattavissa polytetrafluorieteenin (PTFE, Teflon ) kertoimeen, mutta UHMPE: llä on parempi kulutuskestävyys kuin PTFE: llä. Se on hajuton, mauton ja myrkytön.

UHMPE: tä markkinoi 1950-luvulla Ruhrchemie AG, joka muutti nimeään vuosien varrella, nykypäivän materiaaleja tuottavat Ticona , Braskem ja Mitsui . UHMPE on kaupallisesti saatavana konsolidoiduissa muodoissa, kuten levyinä, varrina tai kuiduina, mutta se voidaan myös muovata suoraan tuotteen lopulliseen muotoon. Kestävyytensä ja iskujensa vuoksi UHMPE löytää yhä enemmän teollisia sovelluksia, esimerkiksi auto- ja pullotussektorilla. 1960-luvulta lähtien UHMPE on ollut myös proteesien ja implanttien valintamateriaali sen biologisen yhteensopivuuden ja mekaanisten ominaisuuksien vuoksi. Kemikaaliyhtiö DSM markkinoi 1970-luvulla UHMPE-kuituja, joita käytetään laajalti ballistisessa suojauksessa, puolustussovelluksissa ja yhä enemmän lääkinnällisissä laitteissa.

Rakenne ja ominaisuudet

UHMPE on polyolefiini, joka koostuu erittäin pitkistä polyeteeniketjuista. Jokainen ketju on kytketty muihin niin monilla van der Waals-sidoksilla kuin molekyylien välinen kokonaisresistanssi on korkea. Tällä tavoin suuria kuormitusvetoja ei rajoita kunkin van der Waalsin linkin suhteellinen heikkous.

Kun ne muodostetaan kuiduista, polymeeriketjut voivat saavuttaa samanaikaisen suunnan yli 95% ja kiteisyystaso 39% - 75%.

Heikko sitoutuminen olefiinimolekyylien välillä antaa paikallisten lämpöherätysten häiritä tietyn ketjun kidejärjestystä palasta kappaleeksi, mikä antaa sille paljon pienemmän lämpövastuksen kuin muut suurlujuiset kuidut. Sen sulamispiste on noin 130 ja 136 ° C: seen ja riippuen Braskem, se ei ole suositeltavaa käyttää UHMPE kuidun lämpötila on yli 80- 100 ° C: ssa pitkiä aikoja. Se muuttuu hauraaksi alle -150 ° C: n lämpötilassa .

Molekyylin yksinkertainen rakenne saa aikaan myös pintatiloja ja kemiallisia ominaisuuksia, jotka ovat harvinaisia korkean suorituskyvyn omaavissa polymeereissä. Esimerkiksi useimmat polaariset polymeerit imevät helposti vettä. Olefiinilla ei kuitenkaan ole tällaisia ryhmiä, joten UHMPE ei absorboi vettä helposti. Samoin aromaattiset polymeerit ovat usein herkkiä aromaattisille liuottimille aromaattisten pinoamisvuorovaikutusten vuoksi. Koska UHMPE on alifaattinen polymeeri , näillä liuottimilla ei ole vaikutuksia. Lisäksi UHMPE ei sisällä kemiallisia ryhmiä, jotka ovat herkkiä aggressiivisten tekijöiden (kuten estereiden , amidien tai hydroksyyliryhmien ) hyökkäyksille , se on erittäin vastustuskykyinen vedelle, kosteudelle ja useimmille kemikaaleille, UV-säteilylle ja mikro-organismeille.

Vetojännityksessä UHMPE deformoituu pysyvästi niin kauan kuin stressiä esiintyy, ns. Ryömävaikutus .

Tuotanto

UHMPE on syntetisoitu päässä etyleeni monomeereistä , jotka sitoutuvat yhteen muodostaen erittäin korkeat molekyylipainot. Nämä ovat molekyylejä, joiden pituus on paljon suurempi kuin suuritiheyksisen polyeteenin (HDPE) (useita vuosikymmeniä ), synteesi perustuessa metalloseenin katalyyttejä . Yleensä HDPE-molekyyleissä on välillä 700 ja 1800 monomeeriyksikköä molekyyliä kohti, kun taas UHMPE-molekyyleillä on yleensä 100 000 - 250 000 monomeeriyksikköä kussakin ja joskus yli 1 000 000 monomeeriyksikköä.

UHMPE muodostetaan seuraavilla menetelmillä: kuumapuristuksella , suulakepuristuksella männällä ( puristuspuristuksella ) ja sintrauksella . Useat eurooppalaiset yritykset aloittivat kuumapuristamisen 1960-luvulla.

Sovellukset

Tärkeimmät kaupalliset tuotteet ovat Spectra, jonka AlliedSignal lanseerasi Yhdysvalloissa vuonna 1983 ja Dyneema vuonna 1990 DSM Alankomaissa.

Dyneema-kuituja käytetään:

in köydet :
- sillä ammattikalastukselle jossa vähemmän vetämällä verkot ja köydet vähentävän polttoaineen kulutusta;
- teollisuudessa teräsköysien korvikkeena: tavaroiden käsittely tai voimajohtojen vetäminen siellä, missä keveys ja kulutuskestävyys ovat hyödyllisiä;
- meri- ja offshore varten vaijerit , kiinnityspisteiden ja perävaunut , taas hyötyvät paino / resistenssisuhde helpottaa asennusta;
- on purje , seisten ja juoksevan takilan, niiden keveys ja alhainen venymä kuormitettuna (levyt, nostoköydet, vaipat);
- in urheilukalastus varten hienous, kulutuskestävyys ja alhainen elastisuus;
fileissä:
- tavaraliikenteelle lentoliikenteessä niiden paino / lujuussuhteen vuoksi;
- vuonna vesiviljelyn niiden hienovaraisuutta ja kestävyyden;
in erityinen tekstiilit :
- sillä suojaavia käsineitä , koska niiden keveys, joka tekee niistä mukavat, niiden hankauksen ja leikkauksia sekä niiden kestävyys;
- ja purjehdus purjeet niiden paino / vastus-suhde, niiden muodon säilyttäminen ja niiden kestävyys UV-säteilyä ja hankausta;
vuonna paneelit ja ilmailun konttien koska niiden keveys ja kestävyys.

Dyneemaa käytetään eri urheilulajeissa:

pyöräilyssä tietyissä shortseissa, jotka toimivat vahvistuksena putoamisen yhteydessä;
käytäntö kiipeilyä , vuorikiipeily ja luhistua muodossa, joka hihna tai johto - joita ei ole suunniteltu vaimentamaan iskuja, tämä estää sen käyttöä dynaamisen belaying ;
aidan rintalevyissä: 50% polyesteriä 50% Dyneema;
for veneily purjehdus: Making kalaverkot, halyards, takila kanavien suojista , merimiestaidot kuten tekstiilejä kahleet;
jonka luisto on winched ja liitimet ;
linjat paraglider ja linjat säilyttää leijat väliaine kallis ja että leija ;
vapaalla lennolla delta-siipien ja varjoliitimien vinssaamiseen ;
kilpailun jousen kielet .

Näitä materiaaleja käytetään myös puolustustarvikkeissa sotilasajoneuvojen ballististen suojaelementtien, kypärien ( SPECTRA-kypärät ), luodinkestävien kilpien tai liivien , "viiltosuojattujen" käsineiden, armeijan valmistuksessa . Kevlarin korvaaminen armeijan avulla leikkuri tai veitsenterä ilman

Viitteet

(en) JG Speight, Norbert Adolph Lange, Langen kemian käsikirja , New York, McGraw-Hill ,2005, 16 th ed. , 1623 Sivumäärä ( ISBN 978-0-07-143220-7 , LCCN 84643191 ) , s. 2.807, 2.762.
Stein, HL, Erittäin korkean molekyylipainon polyetyleenit (uhmwpe) , Engineered Materials Handbook , 2, 167–171, 1998.
(en) Jin Tong , Yunhai My RD Arnell ja Luquan Ren , " Wollastoniitilla täytettyjen UHMWPE-kuitukomposiittien vapaa hankauskulutus " , Composites Part A: Applied Science and Manufacturing , Voi. 37,2006, s. 38 ( DOI 10.1016 / j.compositesa.2005.05.023 ).
(in) Kenneth G. Budinski , " kulutuskestävyys valikoitu hiukkanen muovit " , Wear , Voi. 203–204,1997, s. 302 ( DOI 10.1016 / S0043-1648 (96) 07346-2 ).
DWS Wong, WM Camirand, AE Pavlath JM Krochta, EA Baldwin, MO Nisperos-Carriedo (Toim.), Syötävien pinnoitteiden kehittäminen vähiten jalostetuille hedelmille ja vihanneksille. Syötävät pinnoitteet ja kalvot ruoan laadun parantamiseksi , Technomic Publishing Company, Lancaster, PA, 1994, s. 65–88 .
(in) Steven M. Kurtz, UHMWPE Handbook: Ultra-korkean molekyylipainon polyeteeni yhteensä tiiviste vaihto , Amsterdam / Boston, Academic Press ,2004( ISBN 978-0-12-429851-4 , lue verkossa ).
(in) UTEC [PDF] , Braskem.
Science in the Present 2012 , Encyclopædia Universalis edition , 2012.
" Sovellukset " , DSM .

Ulkoiset linkit

(en) " Dyneema " , DSM
Denis Langlois, Niin sanotut "kevyet" speleologiset tekniikat: ohjaajan muisti ,Helmikuu 1999( uusintapainos tammikuu 2004) ( lue verkossa )
Denis Langlois, " Tietoja Dyneema-johdosta ", Spelunca , n o 101,Maaliskuu 2006( lue verkossa )
Judicaël Arnaud, Sylvain Borie, Nicolas Clement, José Mulot, " Dyneeman johto ja sen käyttö speleologiassa ", Spelunca , Ranskan speleologian koulun (EFS) teknisten tutkimusten ryhmä, Ranskan speleologian federaation (FFS) toimikunta, n O 97, 1 kpl neljänneksellä 2005 ( lukea verkossa )