HI-ZEX MILLION

HI-ZEXMILLION為日本三井化學公司(Mitsui Chemicals,Inc)所開發出的一種超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。
HI-ZEX MILLION現已在三井化學公司以Ziegler聚合製程大量生產,並以白色粉狀樹脂供應全球。 三井化學公司不斷地開發新等級的傳統的超高分子量聚乙烯,而且致力於發展新的加工方法,建立許多超高分子量聚乙烯的成型技術。HI-ZEX MILLION的突出特性可符合現代對材料的高性能需求。因此,HI-ZEX MILLION已有廣泛的應用。

主要特色

聚乙烯的性質受到分子量的影響很大。HI-ZEX MILLION的平均分子量在1,000,000至9,000,000之間,遠高於一般的高密度聚乙烯。超高分子量使HI-ZEX MILLION具有獨特的優異性質,包括優異的耐磨耗性及自身潤滑性,極高的耐衝擊強度以及良好的耐化學品性。

 

耐磨耗性

HI-ZEXMILLION最為突出的地方為其優異的耐磨耗性。圖1比較HI-ZEX MILLION與其他材料的沙粒磨耗指數(sand abrasion index)。依沙粒磨耗指數看來,HI-ZEX MILLION的耐磨耗性遠優於一般的高密度聚乙烯,也優於一些金屬如碳鋼(carbonsteel)與黃銅(brass),以及一些塑膠材料如MC尼龍(MC nylon)、尼龍66(nylon 66)、氟碳塑膠(fluoroplastics)、聚縮醛(polyacetal)、硬質PVC(rigid PVC)與酚醛積層板(phenolic laminates)等。

自身潤滑性

HI-ZEX MILLION具有優異的自身潤滑性。HI-ZEX MILLION的動摩擦係數很低,且其臨界PV值相當高,有時可媲美氟碳塑膠,如表3所示。低動摩擦係數以及高臨界PV值使HI-ZEX MILLION具有優異的自身潤滑性,不需外加潤滑劑便可在一些金屬表面容易地滑動。

耐衝擊強度

HI-ZEX MILLION具有極高的耐衝擊強度,如圖2所示。HI-ZEX MILLION的耐衝擊強度甚至高於聚碳酸酯。此外,在低溫下,HI-ZEX MILLION仍可維持相當高的耐衝擊強度。

質輕

圖3比較HI-ZEX MILLION與其他工程塑膠的比重。HI-ZEX MILLION的密度僅為0.935 g/cm3,可視為工程樹脂中最低的一種,對降低模造零件的重量有所助益。

耐化學品性

HI-ZEX MILLION具有良好的耐化學品性。HI-ZEX MILLION的結晶度高,在分子結構上不具任何官能基及雙鍵,也沒有側鏈,因此在酸,鹼及有機化學品中是相當穩定的。然而,HI-ZEX MILLION會受到濃酸,濃鹽酸,鹵化溶劑及芳香溶劑等的影響。

與食品接觸用途的衛生安全性

基本上,HI-ZEXMILLION為一種惰性,無毒的材料,對人體健康無危險性。
HI-ZEX MILLION符合美國FDA的規定(CodeofFederalRegulationsTitle 21, Section 177.1520),在與食品接觸的用途上是安全的。
HI-ZEXMILLION亦在日本聚烯烴衛生安全協會(the Polyolefins Hygienic Safety Association in Japan)註冊為符合該協會所要求的物質,並符合塑膠容器及包裝材料的衛生安全測試標準的規格(1982NoticeoftheMinistryof Health and Welfare)。

等級與性質

HI-ZEXMILLION的等級,規格與加工方式如表1所示。而HI-ZEX MILLION語其他工程塑膠的性質比較如表2所示。
表1. HI-ZEX MILLION的等級,規格與加工方式

測試方法 等級
性質 單位 ASTM 240S 240M 320M 340M 630M
平均分子量 ×104 D4020 200 230 280 330 600
密度 g/cm3 D1505 0.940 0.935 0.935 0.930 0.930
平均粒子直徑 μm 煤焦計數法 130 160 160 160 160
假比重 D1895 0.46 0.42 0.45 0.46 0.41
曲折模數 kg/cm2 D790 8,000 7,000 6,000 6,000 6,000
耐衝擊強度 kgcm/cm2 MCI法 110 90 80 80 70
沙粒磨耗量 mg MCI法 9 9 9 8 5
特性 細粉,配料用 押出及射出級 押出及射出級 標準級 高耐磨級
加工方法 塑膠條(剝離膜) 熱壓成型
形狀押出
圓棒押出
管押出
膜押出
熱壓成型
圓棒押出
射出成型
熱壓成型
圓棒押出
射出成型
熱壓成型
形狀押出
射出成型

應用

HI-ZEX MILLION的應用

極為突出的特性使HI-ZEXMILLION具有廣泛的應用。表5列出HI-ZEX MILLION的一些應用領域與例子,以及HI-ZEX MILLION所能提供的特性與優點。典型的應用例子如高品質雪橇襯裏(圖8),塑膠帶(圖9),膜、管及塊狀半成品(圖10),義肢(artificial limbs)及化學幫浦的零件(圖11),食品加工生產線的導軌(圖12),糧秣室(silo)襯裏(圖13),食品充填線零件(圖14),紡織機拾紗器(pickers) (圖15)以及食物輸送帶的滾輪(圖16)。

表1. HI-ZEX MILLION的應用

應用領域 應用例子 耐磨耗性 自潤性 耐衝擊強度 食物衛生品質 耐化學品性 生物相容性 優點
襯裏 鹽,糖,肥料等用的料斗及糧秣室(silo) 防止顆粒架橋
食品工業 螺絲,導軌,滾輪,輸送帶導桿或導片,封蓋機槓桿 預防瓶罐的破裂及刮傷,減少電力耗損
造紙機 吸水箱蓋,噴嘴,齒輪,龍頭,刮刀,各種零件等 預防紙張黏聚,消音
建築及農業 木桶襯裏,鏟雪車零件等 防止沙及雪黏聚於木桶及鏟雪車上
化學工業 閥,墊圈,堆填材等
紡織工業 拾紗器(pickers),連接器,各種零件 消音
機械零件 齒輪,管件,滾輪
運動休閒器材 滑雪器材零件,嬰兒車零件,雪橇襯裏,護膝等 消音
其他 義肢,人工替代物(prostheses),醫療器材,中子遮蔽材料,蓄電池隔板,高強度纖維,管,板,膜等

 

 

加工方法

分子量太高使HI-ZEX MILLION的熔融黏度很高而較不易於加工,成型時使用高壓,衝壓或者燒結常是必要的。也就是說HI-ZEX MILLION的加工常會用到特殊的技藝。

熱壓成型

HI-ZEXMILLION的分子量很高,熔融黏度也很高,以至於熱壓成型(press molding)就成為HI-ZEX MILLION的主要加工方式。重點在於熱壓成型可提供成型時所需的高壓。
由於HI-ZEX MILLION的假比重僅為0.45,為了壓僅以及提供成型時的壓力,公模與母模的深度必須大於零件厚度的2.5倍。也就是說HI-ZEX MILLION的熱壓成型的重點之一為模具設計。
冷卻過程對HI-ZEX MILLION的成型有很大的影響。不當的條件可能使成品內部形成孔洞以及表面出現凹痕。為了要得到高品質的成品,在HI-ZEX MILLION的熱壓成型時必須設定適當的冷卻條件。

表4. HI-ZEX MILLION的典型熱壓成型條件

條件 單位 範圍
熱壓溫度 180-220
夾模壓力 kg/cm2 20-50
加熱時間(10 mm厚) min 40(依形狀而定)
冷卻時夾模壓力 kg/cm2 100

圖4.典型的熱壓成型品

押出成型

HI-ZEX MILLION的熔融黏度很高,其押出成型並不像一般的高密度聚乙烯那麼容易。衝擊押出成型(ramextrusion)是一種可行的方式。而在特定的條件下HI-ZEX MILLION亦可利用押出成型來加工,譬如說使用單向旋轉雙軸押出機或單軸押出機。不過,務必要特別注意模具設計以及適當的冷卻條件。典型的押出溫度範圍為180-300℃。

圖5.典型的押出成型品

 

射出成型

HI-ZEX MILLION的射出成型要較熱壓成型及押出成型更為困難。然而,三井化學公司最近發展各種不同的射出成型方法,其中一些方法預期有實用化的機會。在HI-ZEX MILLION的射出成型中,除了設備的改進外,模具設計也是重點。

圖6.典型的射出成型品