К сверхволокнам производимым крупнотоннажно отностятся: углеволокно, арамидные волокна (Kevlar), сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ или UHMWPE), s-стекловолокно.
Полиэтилен является тем полимером, который, возможно, наиболее часто встречается вам в повседневной жизни. Полиэтилен является наиболее популярным пластиком в мире. Именно из этого полимера сделаны пакеты для пищевых продуктов, флаконы для шампуня, детские игрушки и даже пуленепробиваемые жилеты. Для столь разностороннего материала он обладает очень простой структурой, наиболее простой среди всех полимеров, производимых в промышленных масштабах. Молекула полиэтилена представляет из себя ни что иное, как длинную цепь из атомов углерода, к каждому из которых присоединено по два атома водорода. Это именно то, что изображено на рисунке в начале этой страницы. Возможно, будет проще нарисовать ее так, как показано на рисунке внизу, только надо помнить, что на самом деле цепочка атомов углерода насчитывает много тысяч звеньев:
Обычно линейный полиэтилен производится с молекулярной массой в диапазоне от 200,000 до 500,000, но и это еще не предел.
Полиэтилен с молекулярной массой от 3 000 000 до 6 000 000 обычно называют полиэтиленом со сверхвысокой молекулярной массой или СВМПЭ.
СВМПЭ может быть использован для изготовления волокон, которые настолько прочны, что заменили Кевлар для использования в качестве материала для пуленепробиваемых жилетов. Большие листы этого материала могут быть использованы вместо льда на катках.
СВМПЭ получают при использовании полимеризации с металлоценовыми катализаторами и Циглера-Натта.
СВМПЭ, является самым правильным линейным полиэтиленом, и так же не термостоек, при температуре "плавления" он размягчается максимум до состояния мягкой резины, что усложняет литье под давлением, материал прессуется с нагревом.
Из-за этого, для получения волокон его приходиться переводить в гелеобразное состояние, например в 2-4% растворе декалина, и этот гель формовать, вытягивать, вращать охлаждать, еще вытягивать, убирать растворитель превращая в ксерогель
Этот тонкий процесс чем-то напоминает прядение паутины и обеспечивает ориентирование молекул вдоль оси вытяжения.
Хотя известны способы обойтись без гель-прядения, в т.ч. отечественные. Причем работа велась с 70х годов.
Учитывая доступность сырья, характеристик впечатляют:
- рекордная прочность волокна на разрыв среди доступных материалов, выше чем у стали.
- Плотность меньше 1 г/см3
- Высокая износостойкость, в пластинах выше чем у стали
- Низкий коэффициент трения, в пластинах на уровне фторопласта.
- морозостойкость
- высокая химстойкость
- биологическая совместимость
Прочность на разрыв различных волокон:
*Удельная прочность (Сигма+/плотность) тут ~ равна длине нити которая порвется под собственным весом (приблизительно, наверное из за ошибок округления). Источник - журнал Полимерные материалы.
СВМПЭ волокна в Европе продаются под маркой Dyneema, а в Америке — под маркой Spectra:
Разрушающее напряжение Паутины до 2ГПа, стали ~0.6 Гпа
По сравнению со стальными троссами, учитывая в ~8 раз меньше плотность, троссы из СВМПЭ имеют наглядное преимущество при одинаком диаметре, что подвигло научные круги.. использовать тросы из СВМПЭ для спуска с орбиты космических аппаратов.
Прочность на разрыв различных материалов
Перечисленные свойства позволяют широко использовать его в механизмах подверженных высокой степени истирания, например зубчатые колеса, втулки, направляющие, отбойники.
В химической промышленности для футеровки емкостей, труб, для транспортировки абразивных и агрессивных материалов, краны, вентили, задвижки и пр.
В добывающей промышленности для облицовки ковшей, кузовов, скатов, транспортерных лент, валов и пр., броневые листы и композиты, медицинские имплантанты, протезы.
Для рыбаков - плетенка, шнуры, стойкие к порезу ножом перчатки, легкие сверхпрочные ткани (под торговой маркой Dyneema).
Керамическая броня в сочетании с СВМПЭ оказалась одной из самых легких.
За последние годы в ОАО «НИИ стали» были разработаны защитные структуры 6а класса с поверхностной плотностью 36–38 килограммов на квадратный метр на основе карбида бора производства ВНИИЭФа (Саров) на подложке из высокомолекулярного полиэтилена.
ОНПП «Технология» при участии ОАО «НИИ стали» удалось создать защитные структуры 6а класса с поверхностной плотностью 39–40 килограммов на квадратный метр на основе карбида кремния (тоже на подложке из сверхвысокомолекулярного полиэтилена ).
Чудесный материал, а что с производством?
листового СВМПЭ растет 5.8% в год, в 2018г. составил - 82 000т.
Весь рынок СВМПЭ 2014г - 180 000т. Растет, с прогнозом до 410 000т.
В 2022 - 2 600 млн.$ (~6.3$/кг)
А вот... как пишут российский рынок СВМПЭ пока что только формируется:
Объем внутреннего производства СВМПЭ можно оценить на уровне 300-400 т., примерно такое же количество закупается за рубежом, при этом основными конкурентами отечественных компаний являются... европейские продуценты.
Объем внутреннего потребления СВМПЭ: ~2000 т/год.
"Как сообщил в ходе презентации генеральный директор ООО "Томскнефтехим" Сергей Мерзляков, предприятие с 2010 года планирует производить от 30 до 50 тысяч тонн в год." Пишут что старую на 1000т/год сдали в металлолом в 2010.
Это 2010, а дальше?:
"Отечественные производители полиэтилена сомневаются в перспективности выпуска сверхвысокомолекулярного ПЭ. Объем потребления внутри страны не превышает 3 тыс. тонн в год." (2017)
Википедия вообще смешала все в кучу:
В России существуют несколько установок для производства СВМПЭ: - ???? (сырья или изделий)
- «Томскнефтехим», проектная мощность 1000 т/год; - ?? (сдали в металлолом в 2010)
- «Казаньоргсинтез», проектная мощность 1000 т/год[13]; - ? ( не премиум качество)
- ООО «Формопласт», Санкт-Петербург, предприятие возникло на базе технологической лаборатории объединения «Пластполимер»; - ?? (Изделий из сырья СВМПЭ)
- ООО «НПО Гелар» Красноярск, проектная мощность 1000 т/год. -?? (Изделий из сырья СВМПЭ).
ООО "ФОРМОПЛАСТ" : "К сожалению, из-за санкций , в России не представлены сырьевые материалы для получения суперпрочных волокон. Поэтому максимальная прочность волокон, которую можно достичь из доступного сырья, не выше 0.6 Гпа. "
Справка по маркам полиэтилена:
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности. Изд.Химия 1982г )
Хорошая статья по ВСМПЭ
Комментарии
Т.е. сами зубья из полиэтилена не сделали. А защитили ковш от трения с насыпным грунтом.
Тоже вариант, но говорить что он прочнее стали не стоит. Разве что на разрыв. Но тросы тоже не сделаешь - боится УФ и нагрева.
У всего своя область применения. Чудесный универсальный материал хрендостаниум еще не изобрели
Вопрос о какой прочности идёт речь?
Если износостойкость то из статьи следует что высокомолекулярный полиэтилен прочнее стали.
Не специалист ни разу но возможно полиэтилен не держит ударных нагрузок, зубом об гранит, колется, а метал в этом плане пластичнее, деформируется но не треснет.
А вот зубчатые передачи возможно из высокомолекулярного полиэтилена ОК, ибо не только на износ прочнее но и ещё скользят лучше, т.е. потерь на трение меньше.
О каком из 9 видов износостойкости мы говорим?..)
Это уже не пакеты для магазина.
Это, например Бескаркасные рюкзаки весом 250-500 г. и объёмом 30-55 л., имеют срок службы около 250-500 походных дней
А эта штука чем-нибудь клеится?
да, я кстати тоже про надувную лодку в первую очередь подумал.. с пвх уже налохматили, хрен чем склеишь в домашних условиях.. :)
Незагустевающими клеями (типа скотча) или клеями, которые как-то боряться с гидрофобностью ПЭ, или после активации поверхности с деградацией оной (плазменной, химической).
На практике - лучше сварка.
Клеится, обычно клеями постоянной липкости. Если надо плёнку микрон 300 с волокнами то кажется Zihello, итальянский - только аккуратнее, там зверские растворители типа прощай печень - через несколько дней встаёт через пару недель отдирается где угодно но не там где клеили. С 2002 применял. В отличие от обычных клеёв постоянной липкости он подрастворяет верхний слой плёнки.
Есть отечественный чёрный клей им клеят вспененый ПЭ, в т.ч. вспененый сшитый ПЭ, более-менее, но его прочность оставляла желать лучшего при склейке листов и плёнки или плёнку убивал.
Для герметизации трубок и труб только механику и кольца - от отлично герметизируется сам ввиду эффекта памяти формы.
Можно иногда и свои а лучше, если быстро, то сваривать, я видел хорошие результаты ультразвуком, нетканый материал и толстые плёнки, в т.ч. фильтры годные для работы с парами к-ты.
.
Есть сравнительные испытания?
1, 2
Да и в тизере таблица, Spectra - это СВМПЭ.
Уточню вопрос: сравнительные баллистические испытания (например, на прострел пакета пулей).
В приведенной вами информации -только собственно прочностные характеристики, без привязки к физическому поведению защитного пакета из этих двух материалов при пробитии его баллистическим телом (пуля, осколок оболочечного взрывного устройства).
Защитные многослойные пакеты из арамидных тканей при попытке прострела послойно задерживают пулю, пока она не "исчерпает свои силы" и не застрянет между последними слоями. Примерно также должны вести себя пакеты из СВМПЭ-тканей. Когда я несколько лет назад был причастен к разработке изделий из текстильной брони, применение СВМПЭ предполагалось только в виде толстых пластин, в которых пуля должна была "увязнуть". Поэтому мне интересно, как ведут себя именно ткани из СВМПЭ (безотносительно того, насколько они прочны сами по себе).
В идеале испытания должны выглядеть так: изготавливается два одинаковых пакета (один из арамидной ткани, N1 слоёв, другой из СВМПЭ-ткани, N2 слоёв) с одинаковым периметрическим креплением. Затем производится выстрел боеприпасом соответствующего класса по ГОСТ Р 50744. Оценивается факт непробития, количество пробитых слоёв, общая функциональная и технико-экономическая эффективность (например, толщина, масса и стоимость в производстве пакетов одинаковой пулестойкости).
В тексте упоминается НИИ стали, так они примерно так и должны были проводить испытания.
В открытом доступе нашел только американские данные для бронежилетов, те что в таблице выше.
А какой классный скользяк для лыж можно сделать из этого материала.... эх.... *пошёл парафинить обычные лыжи*)))
Страницы