超高分子量聚乙烯（Ultra-high molecular weight polyethylene，简称 UHMWPE）是一种性能极其优异的热塑性工程塑料。其核心特征在于分子量优异（通常指粘均分子量在150万克/摩尔以上，可达1000万），这使得其物理机械性能与普通聚乙烯截然不同。
一、核心应用指标（性能参数）：
1. 优异的耐摩擦性
· 指标：磨耗量（如通过Taber磨耗测试）。其耐摩擦性是碳钢的7倍，尼龙的4-5倍。
· 意义：这是其核心的优势，适用于存在滑动、摩擦和物料输送的场合。
2. 出色的抗冲击性
· 指标：冲击强度（如Izod或Charpy冲击强度）。即使在-200°C低温下仍保持很高的韧性，抗冲击能力在工程塑料中名列前茅。
· 意义：适用于承受能量冲击的部件，如防弹装甲、缓冲板等。
3. 极低的摩擦系数
· 指标：动/静摩擦系数（通常对钢的干摩擦系数为0.1-0.2，自摩擦系数更低）。自润滑性优异，接近聚四氟乙烯（PTFE）。
· 意义：减少设备运行阻力，降低能耗，适用于无油润滑或低噪音运行的部件。
4. 优异的耐化学腐蚀性
· 指标：在特定化学介质中浸泡后的质量、尺寸和性能变化率。除强氧化性酸外（如浓硝酸、浓硫酸），能抵抗绝大多数酸、碱、盐和有机溶剂的侵蚀。
· 意义：适用于化工、冶金、海洋等腐蚀环境。
5. 良好的生物相容性与卫生性
· 指标：符合USP Class VI、ISO 10993等生物相容性标准。
· 意义：这是其在人工关节（髋臼、胫骨垫片）等领域无可替代的关键原因。
6. 吸收与降噪性
· 指标：声音/振动阻尼系数高。
· 意义：能降低设备运行噪音和振动。
7. 其他重要指标
· 密度：约0.93-0.94 g/cm³，比水轻。
· 吸水率：极低（<0.01%），尺寸在潮湿环境稳定。
· 拉伸强度：中等偏上，但耐蠕变性能一般（比PTFE好）。
· 热性能：熔点约130-136°C，长期使用温度约80-100°C。是其主要缺点之一。
二、材料状态与形式：
UHMWPE不是一种“标准品”，根据不同的加工方法和应用需求，会呈现出不同的物理和结构状态。
1. 原料状态（树脂粉末）---常规物理状态（室温）
· 形态：极细的白色或本色粉末。
· 微观结构： 是典型的半结晶聚合物。这意味着其内部同时存在高度有序的结晶区和无序的非晶区。这种结构是其优异性能（如高耐摩擦、高抗冲击）的基础。
· 特点：分子链极长，熔体粘度优异（是普通HDPE的百倍以上），无法用常规热塑性塑料的熔融挤出/注塑方法加工。
· 加工方式：主要采用压制烧结（类似粉末冶金或PTFE的加工）和柱塞挤出。
2. 成品状态与制品形式
根据加工和改性方式，主要分为以下几种状态：
· a. 纯UHMWPE模压板材/型材
· 状态：均质、无取向的固体。
· 应用：煤仓衬板、料斗内衬、滑板、耐摩擦条、人工关节毛坯料等。
· b. 纤维态（UHMWPE纤维）
· 工艺：通过凝胶纺丝-超倍拉伸技术，将分子链高度取向、结晶。
· 状态：高强度、高模量纤维（商品名：Dyneema®, Spectra®）。
· 性能：比强度是钢铁的15倍，比芳纶还高。
· 应用：防弹衣、缆绳、渔线、高性能帆布等。
· c. 多孔态（多孔UHMWPE）
· 工艺：通过烧结或造孔技术制成。
· 状态：具有可控孔隙率和连通孔结构。
· 应用：面部填充、过滤器基材。
· d. 改性/复合态
· 状态：通过共混、填充、交联改变其性能。
· 增强型：添加玻璃微珠、碳纤维等，提高硬度、抗蠕变性。
· 自润滑型：添加硅油、二硫化钼等，进一步降低摩擦系数。
· 交联UHMWPE：通过辐射或化学方法使分子链交联，提高耐摩擦性、抗蠕变性等，是现代人工关节的主要材料。
· e. 薄膜/片材态
· 工艺：通过压延或从凝胶状态拉伸制成。
· 应用：高强薄膜、电容器隔膜、扬声器振膜等。
3. 特性：熔体行为
· 没有明显的熔点：普通聚乙烯有清晰的熔点（如HDPE约130℃）。而UHMWPE由于分子链极长、缠结严重，它没有一个从固态到液态的剧烈转变点。它在加热时，会先软化，然后逐渐变成一种高粘弹性的类橡胶态或凝胶态，而不是可自由流动的液体。
· 熔体粘度：即使在其加工温度范围内（通常介于其结晶熔点约135℃和分解温度约300℃之间，实际加工温度在160-220℃），它的熔体粘度也比普通聚乙烯高出几个数量级。它无法像普通塑料一样进行熔融挤出或注射成型（标准的热塑性塑料加工方法），因为它在“熔融态”下几乎不流动。
4. 加工状态
UHMWPE通常处于一种高压、高温下的软化/塑化状态，而非真正的液态：
· 压制烧结： 将粉末在模具中高压压制成型坯，然后在烘箱中定量温度下（通常高于熔点）烧结，使颗粒界面融合。
· 柱塞挤出： 通过柱塞的巨大压力，将预热软化的物料强行推过口模成型。
· 凝胶纺丝： 这是生产高强度纤维（如迪尼玛、 spectra 纤维）的关键技术。将UHMWPE溶解在溶剂中，形成稀溶液（凝胶态），然后进行纺丝、拉伸，去溶剂。在这个过程中，材料处于溶液凝胶态。
三、耐低温性能要求
优点突出：
UHMWPE是已知耐低温的塑料之一，在超低温下仍能保持良好的韧性。
具体要求：
1. 低温脆性：要求材料在 -200℃ 甚至液氮温度（-196℃） 下不发生脆性断裂。这是其用于低温工程的核心优势。
2. 低温冲击强度：即使在极低温下，也要保持缺口冲击强度，通常要求不低于常温值的80%。
3. 尺寸稳定性：低温收缩率要小，与金属等配合件能保持良好的尺寸配合，避免因收缩不均导致结构失效。
4. 耐摩擦性保持率：在低温下（如-40℃ ~ -100℃），其耐摩擦性不能出现显著下降。例如，在低温输送机滑条、滑雪板底材中，这是关键指标。
四、耐温性能要求
这是UHMWPE的短板和主要限制因素。 其高温性能要求通常不是“耐受多高”，而是“在有限升温下保持关键性能”。
具体要求：
1. 连续使用温度：通常要求长期在 80℃ ~ 85℃ 以下使用。超过此温度，蠕变（缓慢塑性变形）显著增加，强度和模量急剧下降。
2. 热变形温度：在0.45MPa载荷下，约 80-100℃。这是其在受载条件下保持形状的温度参考点。
3. 高温耐摩擦性保持率：在接近上限温度（如60-80℃）时，其耐摩擦性和自润滑性不能显著劣化。例如，在热轧钢厂的温料输送线上。
4. 耐热蠕变性：要求在规定温度（如70℃）和恒定载荷下，经过规定时间（如1000小时）的形变量务必小于某一限值（例如<3%）。
