南京化工职业技术学院毕业设计（论文）
从表4、表5可以看出UHMWPE摩擦系数比碳钢低；在工程塑料中，优于尼龙66、聚甲醛，与PTFE接近。 2.4.4良好的耐化学腐蚀性
UHMWPE具有良好的耐化学腐蚀性，除浓硝酸、浓硫酸外，它在所有的碱液、酸液中都不会受到腐蚀。并且可以在温度＜80℃的浓盐酸中应用；在＜20%的硝酸，＜75%的硫酸中是稳定的，它对海水、液体洗涤剂也很稳定（见表6）。
表6：UHMWPE的耐化学性能
化学试剂品种 20℃ 50℃ 80℃ 汽油 + + 0 柴油 + + 0 其他化合物 洗涤剂水溶液 + + + 盐水 + + + 无机酸 磷酸 + + + 硝酸（浓） 0 - - 硝酸（20%） + + + 盐酸（浓） + + + 硫酸（50%） + + + 水溶液 氯化钠 + + + 氯化锌 + + + 注：试验时间30天。+：稳定；0：比较稳定（抗拉强度减少在20%以内）；-：不稳定（抗拉强度减少超过20%）。
但是，UHMWPE在芳香烃或卤代烃化合物中（特别是稳定较高的状况下）极易溶胀。因此，应用时要特别注意。 2.2.5吸水性
UHMWPE吸水率很低（见表7），它几乎是不吸水，在水中不膨胀，比尼龙的吸水性小得多。
表7：UHMWPE与一些材料吸水率的比较
烃类 材料 UHMWPE 吸水率% ＜0.01 2.2.6热学性能
PA66 1.5 PC 0.15 POM 0.25 ABS 0.2-0.45 PTFE ＜0.01 按ASTM(负荷4.6kg/cm2)方法的测定，热变形温度为85℃，在较小的负荷下，使用温度可达90℃，在特殊情况下，在更高的温度下使用。由于UHMWPE是一种韧性极好的材料，因而它的耐低温性能也非常优异，在-269℃低温下，它仍具有一定的延展性，而没有脆裂迹象。
但是，UHMWPE的线膨胀系数较大，导热性很差，所以在设计制品时，要给予充分注意。
- 12 -
南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 2.2.7电性能
UHMWPE在很宽的温度范围内，都具有很优良的电性能，它的体积电阻很大，击穿电压达50KV/mm，介电常数为2.3。在较宽的温度及频率范围内，很适宜作电气工程的结构材料。
- 13 -
南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 3.UHMWPE的合成方法
超高分子量聚乙烯的合成方法与普通的高密度聚乙烯相类似。多采用齐格勒催化剂，在一定的条件下使乙烯聚合，即可得到超高分子量聚乙烯。此外，还有索尔维法和U.C.C气相法。 3.1齐格勒低压淤浆法
以β-TiCl3/Ai(C2H5)2Cl或TiCl4/Al(C2H5)2Cl为催化剂，以60-120℃馏分的饱和烃为分散介质（或以庚烷、汽油为溶剂），在常压或接近常压，75-85℃的条件下使乙烯聚合，便合成相对分子量100万-500万的超高分子量聚乙烯。
超高分子量聚乙烯和普通聚乙烯在聚合上的区别，主要有聚合温度不同、催化剂的浓度不同以及是否加氢（氢气主要用于断链）。由于聚合条件的不同导致聚乙烯相对分子质量不同，它们的物理机械性能及进行成型加工的方法等都有很大区别。 3.2索尔维法
索尔维法是把菲利普法所采用的环型反应器和以含镁化合物为载体的齐格勒高效催化剂结合的一种新的生产方法。
索尔维法的催化剂以氧化镁作为载体，有机金属化合物（如三乙基铝、三乙丁基铝、异戊烷基铝等）为催化剂，改变载体的活化温度，即可调节聚合物相对分子质量。
索尔维法的生产工艺是先将乙烯、共聚单体、催化剂、氢和己烷（稀释剂）一起加入环形反应器，反应温度60-90℃，反应压力3MPa停留时间2.5-3h，反应器内浆液浓度28%，乙烯的转化率可达85%-93%。聚合物浆液减压后进入第一汽提塔，除去全部未反应的乙烯和大部分溶剂。溶剂经冷凝和油水分离后，进入溶剂回收工序；聚合物进入第二汽提塔继续脱除残留溶剂，在这两个汽提塔中将催化剂的剩余活性彻底破坏，以免引起聚合。从第二汽提塔排出的浆液（聚合物粉末和水）经离心机、干燥、造粒后即得成品。 3.3U.C.C气相法
U.C.C气相法是美国联合碳化合物公司发明的使乙烯在硫化床中气相低压聚合，直接制造干粉状聚乙烯的方法。由于不用溶剂，因而没有淤浆法和溶液法中气体组分受到单体溶解度和扩散系数的限制。催化剂一般选用有机铬化物或齐格勒催化剂。以具有表面积50-1000m2/g的硅胶为载体。活化剂为有机铝化合物。载体硅胶的活化温度对催化体系的产率、分子量分布及聚合物的熔融指数有一定的影响。提高活化温度、不通氢气或通入少量氢气即可得熔融指数极小的超高分子量聚乙烯。催化活性提高几十万倍。
聚合反应在硫化床反应器中进行，聚合温度为95-105℃，压力为2.1MPa，停留时间3-5h。聚合前先在反应器中填入粉状聚乙烯，然后在80-90℃下通入氮气或乙烯经过净化系统进行循环，使氧和水分含量降至50-100mg/kg后排出，再用氮气在95-105℃下使粉状聚乙烯流态化，并加入三乙基铝使之与残留水分反应通入的乙烯除部分参加聚合外，大部分乙烯作为流态化所需的气流，并作为散热介质，单程转化率为2%-3%，循环乙烯量约为新加入量的50倍。
- 14 -
南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 4.UHMWPE的简单工艺流程
所在装置的合成方法和索尔维法比较相似，主要是用烷基铝和四氯化钛进行
反应作为聚合反应的催化剂催化剂，正己烷作为整个反应的载液，根据所用的烷基铝不同制取不同的催化剂，从而生产不同的产品。 4.1催化剂区的工艺流程 4.1.1催化剂种类
本工艺的催化剂主要分为两种，分别为THB和MH。催化剂不同其原料也不同，THB的主要原料为己烷、乙醇镁、四氯化钛和3#烷基铝，MH的主要原料为己烷、四氯化钛和1#烷基铝。
在生产过程中所用到的烷基铝有三种，分别为1#烷基铝异戊二烯铝，2#烷基铝三异丁基铝和3#烷基铝三异基铝。下面为它们的英文名、存放处和作用。
表8：三种烷基铝
烷基铝 1#烷基铝 中文名 2#烷基铝 3#烷基铝 英文存放处 作用 名 异戊二烯铝 IPRA V-50101 ①MH的原料(V-50105)；在制MH时②作为预激活剂（V-50106）；③控制压力(V-50204)④除水(V-50212) 三异丁基铝 TBIAL V-50109 ①作为预激活剂；②控制压力(V-50204)；③除水(V-50212) 三乙基铝 TEAL V-50110 仅作为THB的原料(V-50103) 由于所用催化剂的不同，生产的产品可以分为两个系列。当催化剂为THB时，生产的产品主要有4150、4130、4120，当催化剂是MH时，生产的产品主要有4032、4022、4012。这些产品的第一个数字表征了堆积密度；第二个数字表示是否要加硬脂酸钙和是否回收细粉，1表示要加硬脂酸钙、回收细粉，0表示不加硬脂酸钙、不回收细粉；第三个数字表示了UHMWPE的分子量；最后一个数字表示了催化剂的种类，0表示使用的催化剂时THB、2表示使用的催化剂是MH。 4.1.2催化剂区简介及工艺流程简图
无论是生产哪种催化剂，必要的原料都有烷基铝和四氯化钛，还有载液烷基铝。其中四氯化钛的流量对催化剂的合成有重要影响，因此在四氯化钛进入催化剂反应器V-50103或V-50105的管线上都有个质量流量计，准确来测量四氯化钛的流量。
催化剂反应器V-50103和V-50105都有夹套，催化剂储罐V-50106也有夹套。上面介绍的三种烷基铝：1#烷基铝（异戊二烯铝）、2#烷基铝（三异丁基铝）和3#烷基铝（三异基铝）。3#烷基铝（三异基铝）加入到V-50103中作为合成一号催化剂THB的原料，加入到V-50104中作为预激活剂；1#烷基铝（异戊二烯铝）加入V-50105中最为生产二号催化剂MH的原料，加入到V-50106中作为预激活剂。 催化剂区的V-50103：1号催化剂反应器、V-50104：1号催化剂储罐、V-50105：
- 15 -
