Prüfprobleme bei UHMWPE-Hochleistungs-Polyethylen-Materialien

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von liaifeng am 28.07.2018 um 07:54 bearbeitet. UHMWPE (Ultra-Hochmolekülgewichtiges Polyethylen) ist ein thermoplastisches Engineering-Kunststoff mit hervorragenden Eigenschaften; seine Moleküle weisen eine lineare Struktur auf, und das Molekülgewicht liegt bei über 1,5 Millionen. Geringe Dichte, mit hervorragender Abnutzungsbeständigkeit, Selbstschmierfähigkeit, Stoßfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw. Das äußerst hohe Molekulargewicht von UHMWPE – beim HDPE liegt das Molekulargewicht in der Regel nur bei 20.000 bis 300.000 – verleiht ihm hervorragende Eigenschaften. Zudem handelt es sich um ein thermoplastisches Engineering-Kunststoff mit einem angemessenen Preis und ausgezeichneten Leistungsmerkmalen. Er vereint nahezu alle Vorteile verschiedener Kunststoffe und weist Eigenschaften auf, die bei herkömmlichem Polyethylen sowie anderen Engineering-Kunststoffen nicht zu finden sind: hohe Abnutzungsbeständigkeit, Stoßfestigkeit, Selbstschmierfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Fähigkeit, Energieaufpralle abzufangen, Beständigkeit gegen niedrige Temperaturen, Hygienische und toxische Unbedenklichkeit, geringe Anhaftung neuer Substanzen, geringe Wasseraufnahme sowie eine niedrige Dichte. Tatsächlich gibt es derzeit noch kein einziges Polymermaterial, das gleichzeitig so viele hervorragende Eigenschaften aufweist. Abriebfestigkeit: Die Abriebfestigkeit von UHMWPE ist die beste unter allen Kunststoffen – sie übertrifft sogar die einiger Metalle. Im Vergleich zu anderen technischen Kunststoffen beträgt der Abriebwiderstand von UHMWPE nur 1/5 des von PA66 sowie 1/10 des von HEPE und PVC ； Im Vergleich zu Metallen beträgt es 1/7 des Kohlenstahl und 1/27 des Messing. Die Abnutzungsbeständigkeit ist so hoch, dass es mit herkömmlichen Tests zur Prüfung der Abnutzung bei Kunststoffen schwierig ist, ihren Grad zu messen. Deshalb wurde ein spezielles Gerät zur Prüfung der Abnutzung durch Sand entwickelt. Die Abnutzungsbeständigkeit von UHMWPE ist proportional zur Molekülmasse – je höher die Molekülmasse, desto besser ist die Abnutzungsbeständigkeit. Schlagzähigkeit: Die Schlagfestigkeit von UHMWPE gehört zu den höchsten unter allen Ingenieurkunststoffen. Sie beträgt etwa das Doppelte der Schlagfestigkeit von PC, das Fünffache von ABS sowie mehr als das Zehnfache von POM und PBTP. Die Stoßfestigkeit ist so hoch, dass es mit üblichen Stoßtestverfahren schwierig ist, das Material zu brechen. Die Stoßfestigkeit nimmt mit zunehmender Molekülmasse zu, erreicht bei einer Molekülmasse von 1,5 Millionen ihren Höchstwert und sinkt anschließend mit weiterer Erhöhung der Molekülmasse allmählich. Es ist erwähnenswert, dass es auch in flüssigem Stickstoff (–195 °C) eine hervorragende Stoßfestigkeit beibehält – eine Eigenschaft, die andere Kunststoffe nicht haben. Außerdem weist es bei wiederholten Aufprallen eine höhere Oberflächenhärte auf. UHMWPE weist eine äußerst niedrige Reibzahl (0,05–0,11) auf, weshalb es über ausgezeichnete Selbstschmiereigenschaften verfügt. Tabelle 1 zeigt den Vergleich des Reibungskoeffizienten von UHMWPE mit anderen technischen Kunststoffen. Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, beträgt der dynamische Reibungskoeffizient von UHMWPE unter wässriger Schmierung die Hälfte des Wertes bei PA66 und POM. Unter schmierfreien Bedingungen liegt er nur knapp hinter Polytetrafluorethylen (PTFE), dem plastischen Material mit der besten Selbstschmierfähigkeit ； Wenn es im Gleit- oder Drehbetrieb arbeitet, weist es eine bessere Schmierfähigkeit auf als Stahl und Messing nach dem Schmieren. Daher gilt UHMWPE im Bereich der Tribologie als ein äußerst ideales Reibmaterial hinsichtlich Kosten/Leistung. Reibungskoeffizient – Bezeichnungen: Selbstschmierende Schmierstoffe, Wasser als Schmierstoff, UHMWPE. Werte: 0,10–0,22; 0,05–0,10; 0,05–0,08. PTFE: 0,04–0,25; 0,04–0,08; 0,04–0,05. PA66: 0,15–0,40; 0,14–0,19; 0,06–0,11. POM: 0,15–0,35; 0,10–0,20; 0,05–0,10. Tabelle 1: Vergleich des Reibungskoeffizienten von UHMWPE mit anderen technischen Kunststoffen. Chemikalienbeständigkeit: UHMWPE weist eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit auf. Abgesehen von stark oxidierenden Säuren kann es bei bestimmten Temperaturen und Konzentrationen verschiedenen korrosiven Medien (Säuren, Basen, Salze) sowie organischen Medien standhalten – mit Ausnahme von Lösungsmitteln. Es wurde 30 Tage lang in 80 verschiedenen organischen Lösungsmitteln bei 20 °C und 80 °C getränkt; an der Oberfläche traten keinerlei Anomalien auf, und auch die anderen physikalischen Eigenschaften änderten sich kaum. Die Schlagenergieaufnahmefähigkeit von UHMWPE ist hervorragend – der Wert für die Aufnahme von Schlagenergie liegt bei allen Kunststoffen am höchsten. Dadurch weist UHMWPE eine ausgezeichnete Geräuschdämmwirkung auf und bietet somit eine gute Schalldämmleistung. Kälteresistenz: UHMWPE weist eine hervorragende Kälteresistenz auf. Selbst bei Temperaturen von flüssigem Helium (-169 °C) bleibt es dehnfähig, wodurch es als kälteresistenter Baustoff in der Kernenergieindustrie eingesetzt werden kann. Gesundheitlich unbedenklich – UHMWPE ist gesundheitlich unbedenklich und erfüllt vollständig die Standards der japanischen Gesundheitsbehörden. Zudem wurde es von der US-amerikanischen Food and Drug Administration sowie dem US-Landwirtschaftsministerium anerkannt; es kann daher zur Verwendung in Kontakten mit Lebensmitteln und Arzneimitteln eingesetzt werden. Die Haftfähigkeit von nicht haftenden UHMWPE-Oberflächen ist äußerst gering. Ihre Antihaft-Eigenschaften stehen nur hinter denen von PTFE, dem besten nicht haftenden Kunststoff, zurück. Daher haften Produkte mit solchen Oberflächen kaum an andere Materialien. Geringe Saugfähigkeit: Der Wasseraufnahmewert von UHMWPE ist sehr niedrig ； In der Regel ist der Wert unter 0,01 % – nur 1 % von dem Wert bei PA66. Daher ist in der Regel keine Trocknung vor der Formung notwendig. Dichte Tabelle 2 zeigt einen Vergleich der Dichte von UHMWPE mit anderen technischen Kunststoffen. Aus Tabelle 2 geht hervor, dass die Dichte von UHMWPE niedriger ist als die aller anderen technischen Kunststoffe – im Allgemeinen um 56 % niedriger als bei PTFE, um 33 % niedriger als bei POM und um 30 % niedriger als bei PBTP. Deswegen sind Produkte aus UHMWPE äußerst leicht. Name | Relativer Dichte | Dichte von UHMWPE im Verhältnis dazu in %
PTFE | 2,12 | 56
POM | 1,41 | 33
PBTP | 1,31 | 30
PC | 1,20 | 22
PA | 1,02–1,14 | 8–18
UHMWPE | 0,94 |

Tabelle 2: Vergleich der Dichten von UHMWPE mit anderen Engineering-Kunststoffen

Zugfestigkeit: Da UHMWPE über die für eine Zugbelastung notwendigen strukturellen Eigenschaften verfügt, weist es eine außergewöhnlich hohe Zugfestigkeit auf. Dadurch können Fasern mit sehr hohem Elastizitätsmodul und Zugfestigkeit hergestellt werden. Die Zugfestigkeit liegt bei 3–3,5 GPa, während das Elastizitätsmodul bei 100–125 GPa liegt ； Die Festigkeitsleistung pro Gewicht ist die höchste unter allen bisher auf dem Markt erhältlichen Fasern – sie ist viermal höher als bei Kohlenstofffasern, zehnmal höher als bei Stahlfasern und 50 Prozent höher als bei Aramidfasern. Weitere Eigenschaften: UHMWPE weist außerdem hervorragende elektrische Isoliereigenschaften auf. Zudem ist es besser gegen Umweltbedingungen, die zu Rissen führen können, als HDPE. Ebenso verfügt UHMWPE über bessere Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung sowie gegen Strahlung. Herstellungsverfahren: Ultrahohe Molekulargewichte von Polyethylen können auf dieselbe Weise wie bei der Herstellung von herkömmlichem Hochdichtpolyethylen erzielt werden – indem durch Anpassung der Herstellungsbedingungen das Molekulargewicht kontrolliert wird. Die Herstellungsverfahren sind das Ziegler-Verfahren, das Solvay-Verfahren und das Lösungsverfahren. Ziegler-Verfahren: Das Ziegler-Verfahren ist ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren unter niedrigem Druck. Es wird Titandioxid sowie Alkylaluminium – wie Ethylaluminium oder Diethylaluminium – als Katalysatoren verwendet. Als Lösungsmittel dient Heptan oder Benzin. Die Polymerisation findet bei 60–90 °C und unter Normaldruck statt. Als Reaktionsbehälter werden in der Regel Kesselreaktoren oder vertikale Turmreaktoren verwendet. Bei der Verwendung eines Turmreaktors sollten am Boden des Turms mehrere Schichten an Rührpropellern angebracht werden. Der Herstellungsprozess nach der Ziegler-Methode besteht darin, zunächst den im Lösungsmittel gelösten Katalysator zusammen mit dem Ethylen-Rohstoff in das Reaktorgehäuse zu geben, wo die Polymerisation stattfindet. Dabei handelt es sich um eine exotherme Reaktion, weshalb eine Kühlung auf die vorgeschriebene Reaktionstemperatur notwendig ist. Anschließend werden die Produkte der Polymerisation in einen Behälter gegeben, in den Methanol zugefügt wird, damit der Katalysator zerstört werden kann. Schließlich werden die Produkte durch Filtern und Trocknen verarbeitet – dadurch entsteht ein UHMWPE-Produkt mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1 Million bis 5 Millionen. Die Solvay-Methode ist eine neue Herstellungsweise, die den ringförmigen Reaktor, der in der Phillips-Methode verwendet wird, mit dem effizienten Ziegler-Katalysator kombiniert, wobei Magnesiumverbindungen als Träger dienen. Die Solvay-Methode verwendet Titantetrachlorid als Katalysator sowie Alkylaluminiumverbindungen als Aktivatoren. Als Träger für den Katalysator werden in der Regel MgCl2 oder MgClOH verwendet, die durch Erhitzung zu Materialien mit großen Porengrößen umgewandelt wurden. Eine Besonderheit dieser Methode ist, dass der Katalysator auf Träger mit großer Oberfläche adsorbiert wird. Dadurch kann die Kristallstruktur sich entfalten, wodurch die meisten Übergangsmetallatome als Aktivzentren für Polymerisierungsprozesse dienen können. Die Effizienz des Katalysators liegt dabei bei 50–600 kg 4Tio. Die Polymerisationsreaktion findet in einem geschlossenen Reaktorrohr statt, das außen mit kaltem Wasser umhüllt ist. Im Inneren befindet sich ein Hochgeschwindigkeits-Turbomischer, der dazu dient, den Katalysator zu aktivieren und ihn mit dem zugeführten Ethylen sowie den zur Dichteregulierung verwendeten Kopolymermonomern zu vermischen. Reaktionstemperatur 80–90 °C, Ethylen-Druck 1,0 MPa, Reaktionszeit 2–3 h. Die entstandene Suspension wird durch Zentrifugalfiltration aufgereinigt. Das Filtrat wird anschließend mit Dampf behandelt, um verbleibende Lösungsmittel zu entfernen. Danach erfolgt eine Trocknung unter Luftstrom – so kann UHMWPE mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1,5 Millionen bis 6 Millionen gewonnen werden. Lösungsmethode: Bei der Lösungsmethode wird Cr2O3 als Katalysator und Al2O3-SiO2 als Träger verwendet. Als Lösungsmittel dient C6-Alkane. Die Polymerisierungsreaktion findet bei einer Temperatur von 170–180 °C statt – das ist eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Polymers. Der Druck wird dabei auf ein Niveau zwischen 1,96 und 2,94 MPa gehalten. Als Ausgangsstoffe dienen Ethylen sowie in geringen Mengen Hexen. Während der Polymerisierungsreaktion werden Ethylen und Polyethylen in der Lösung gelöst, wodurch ein homogener Reaktionszustand entsteht. Nach Abschluss der Polymerisierungsreaktion wird das Ethylen durch Destillation entfernt. Anschließend erfolgt die Trennung durch Zentrifugieren, Konzentrieren sowie Kühlung, um das Polymer zu gewinnen. Mit dieser Methode kann UHMWPE mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von über 1 Million hergestellt werden. Anwendungen: Derzeit wird UHMWPE in vielen Bereichen wie Textilindustrie, Papierherstellung, Verpackung, Transport, Chemieindustrie, Bergbau, Ölindustrie, Bauwesen, Elektrotechnik, Lebensmittelindustrie, Medizin und Sport erfolgreich eingesetzt. Zudem beginnt es, auch in Bereichen wie konventionelle Waffen, Schiffe und Automobile Verwendung zu finden. In Zukunft wird es auch auf Bereiche wie Raumfahrt und Atomenergie ausgeweitet werden. Anwendungen, bei denen Abriebfestigkeit und Stoßfestigkeit im Vordergrund stehen: 1.1 Textilmaschinen. Die Textilindustrie ist das erste Anwendungsgebiet von UHMWPE. Bereits im Jahr 1958 stellten mehrere Unternehmen Teile für Textilmaschinen aus UHMWPE her – beispielsweise als Ersatz für die besonders widerstandsfähigen Lederteile aus Büffelhaut, die in Webstühlen verwendet werden. Diese UHMWPE-Teile können langfristig Vibrationen und Stöße mit einer Frequenz von 40 bis 180 Mal pro Minute aushalten; ihre Lebensdauer beträgt dabei das 5- bis 6-fache der Lebensdauer von Lederteilen aus Büffelhaut. Derzeit werden im Ausland durchschnittlich etwa 30 UHMWPE-Teile pro Webstuhl verwendet, wie z. B. stoß- und verschleißbeständige Teile wie Schusswerfer, Schussstäbe, Zahnräder, Verbindungselemente, Abstreifstäbe, Pufferelemente, Stangenlager und schwingende Hinterbalken. 1.2, Papiermaschinen: Papiermaschinen sind der zweite Industriezweig, in dem UHMWPE eingesetzt wird. Um das Jahr 1960 wurden erstmals Abnutzungsschutzstreifen aus UHMWPE in den Transportmechanismen von Holzschneidemaschinen eingebaut. Diese Streifen schützen effektiv die Unterplatten sowie Ketten – nach 5 Jahren Nutzung ist kaum noch Abnutzung zu erkennen. Schätzungen zufolge ist die Lebensdauer der Abriebschutzleisten mehr als doppelt so lang wie die der Ketten. UHMWPE sowie abriebfeste Materialien wie Edelstahl, Ahornholz, gegossenes Polyurethan und laminiertes Phenolharz werden ebenfalls als Abdeckungen für Absaugbehälter verwendet. Entscheidend ist jedoch, dass die Reibung der UHMWPE-Abdeckung gegenüber dem Edelstahlgitter im Absaugbehälter **geringer ist als bei anderen Materialien**. Dadurch kann die Lebensdauer des teuren Edelstahlgitters verlängert werden. Heute macht der Bedarf an UHMWPE in der Papierindustrie 10 % des Gesamtbedarfs aus. UHMWPE wird beispielsweise verwendet, um Schaber für Papiermaschinen, Abdeckungen für Wassersammelbehälter, Verdichtungselemente sowie Verbindungsstücke herzustellen ； Außerdem kann UHMWPE auch zur Herstellung von Komponenten für Papiermaschinen wie Dichtungsstangen, Führungsräder, Schaber und Filter verwendet werden. 1.3, Verpackungsmaschinen: Die hohe Abnutzungsbeständigkeit, der niedrige Reibungskoeffizient sowie die Nichtklebeeigenschaften von UHMWPE machen es zu einem geeigneteren Material für Verpackungsmaschinen im Vergleich zu bestimmten Metallen und anderen Kunststoffen. Es kann somit Phosphorbronze sowie Fluorkunststoffe ersetzen. Der Einsatz von UHMWPE anstelle von modifiziertem Fluorkunststoff zur Herstellung von Führungsschienen, Gleiterhalterungen und Befestigungsplatten für Förderanlagen führt nicht nur zu **geringeren Investitionskosten für die Anlagen, sondern verlängert auch deren Lebensdauer um das 10- bis 50-fache.** Durch den Ersatz des ursprünglichen laminierten thermosetzenden Kunststoffs durch UHMWPE in den Zeitanzeigewälzern einer Produktionslinie für Flüssigwaschmittel wurden die bisherigen Probleme wie schneller Verschleiß, Kratzer an den Flaschen sowie Weichwerden der Komponenten beseitigt. Dadurch sinken die Kosten für Ersatzteile. Zeitanzeigeschrauben aus UHMWPE werden bereits in vielen Flaschenabfülllinien als Standardkomponenten eingesetzt. Ein großes westliches Brauereiunternehmen hat aus UHMWPE ein bandförmiges Flaschenförderband mit einer Länge von etwa 1,6 km hergestellt; dieses ist mehrere Male langlebiger als Förderbänder aus Phosphorbronze. Auf dem Förderband einer ausländischen Automobilmontageanlage bewegen Zahnräder, die von einer Kette angetrieben werden, Wagen auf einer Transportplattform für Stahlbleche. Aufgrund der Reibung zwischen der Kette und den Stahlblechen ist die Kette äußerst anfällig für Beschädigungen. Durch den Ersatz der Stahlplatten durch UHMWPE-Platten wird die Abnutzung **reduziert**, wodurch gleichzeitig der Energieverbrauch gesenkt wird. 1.4, Allgemeine Maschinen: Aufgrund der hervorragenden Abnutzungs- und Stoßfestigkeit von UHMWPE wird es in der Maschinenbauindustrie weit verbreitet eingesetzt. Damit können verschiedene Maschinenelemente hergestellt werden – wie Zähne, Kammern, Laufräder, Rollen, Seile, Lager, Achsenringe, Dichtungen, elastische Kopplungen sowie Schrauben. Anwendungen, bei denen Selbstschmierfähigkeit und Nichtklebeeigenschaften im Vordergrund stehen 2.1, Lagerung und Transport von Materialien: UHMWPE kann zur Herstellung von Auskleidungen für Schütten, Silos und Förderbänder verwendet werden, um pulverförmige Materialien wie Kohle, Zement, Kalk, Mineralstaub, Salz oder Getreide zu lagern. Dank seiner hervorragenden Selbstschmierfähigkeit und Nichtklebeeigenschaften haften diese pulverförmigen Materialien nicht an den Lagereinrichtungen, wodurch ein stabiler Transport gewährleistet wird. Früher wurden Behälter für Kohle, Erzpulver, Getreide usw. zur Transportierung mit einem Edelstahlbelag ausgestattet. Heute wird stattdessen ein UHMWPE-Belag verwendet. Dadurch wird bei längerer Nutzung das Aufheizen des Behälters verringert. Bei den von Baosteel zum Transport von Erz verwendeten Behältern führt der Einsatz von UHMWPE zu einer Lebensdauer, die 10–50 Mal höher ist als bei den ursprünglich verwendeten Metallmaterialien. Die Verwendung von UHMWPE zur Auskleidung der Förderbehälter erleichtert die Montage und ist kostengünstig; deshalb werden auch die Förderbehälter für Kohle in großen Kraftwerken mit einer UHMWPE-Auskleidung ausgestattet. Die Kohleabfuhrrinnen in den Kohlebergwerken werden aus UHMWPE hergestellt, was den Neigungswinkel verringert und somit die Fördermenge erhöht. Es ist möglich, 400.000 t Kohle zu transportieren, ohne den Transportbehälter austauschen zu müssen. Die Lebensdauer dieses Behälters ist somit doppelt so hoch wie bei Behältern, die aus Magnesiumlegierungen hergestellt sind. UHMWPE wird in Rohrleitungen zum Transport von Feststoffen wie Sand verwendet. Im Vergleich zu Stahlrohren ist die Lebensdauer um das 18-fache höher, während die Kosten auf 1/25 sinken. Im Vergleich zu Nylonrohren ist die Lebensdauer um das 3-fache höher, wobei die Kosten auf 1/8 sinken. Während des Transports ist der Widerstand im Rohr um 25 % geringer als in Metallrohren, **was die Transporteffizienz erhöht. Bei der Verwendung traditioneller Metallmaterialien für die Auskleidung von Schienen, Schaufeln und Güterwagen aus Erz kommt es bei kaltem, feuchtem Wetter dazu, dass die Materialien am Metall festfrieren. Bei der Verwendung von UHMWPE ist das nicht der Fall – dadurch **verkürzt sich die Zeit zum Entladen.** Nach dem Einbringen einer Schicht aus UHMWPE-Platten in den Entladekegel von Massengutfrachtschiffen verringerte sich die durchschnittliche Entladezeit von ursprünglich 16–20 Stunden auf 8 Stunden. 2.2 Landwirtschaftliche und Baumaschinen: UHMWPE weist eine hervorragende Selbstschmierfähigkeit auf. Schlamm kann leicht über seine Oberfläche gleiten, ohne dass es zu Haftungen kommt. Zudem besitzt UHMWPE eine ausgezeichnete Stoß- und Abnutzungsbeständigkeit – Eigenschaften, die es geeignet machen, für die Herstellung von Bauteilen für landwirtschaftliche und Baumaschinen verwendet zu werden. Wie die Schiebeplatten von Mähdreschern, die Außenbeschichtungen von Pflügen, die Schaber von Bodenentfernungsmaschinen, die Innenbeschichtungen der Baggerkellen oder die Innenbeschichtungen der Muldenkipper können diese Elemente die Arbeitseffizienz erheblich steigern und den Energieverbrauch verringern. 2.3 Schreibwaren: Aufgrund der selbstschmierenden, abriebfesten sowie kältebeständigen Eigenschaften von UHMWPE kann es für die Herstellung von Böden für Eislaufen und Skifahren verwendet werden. In Europa und Amerika wird hauptsächlich UHMWPE zur Herstellung dieser Produkte eingesetzt ； Die Skipisten werden mit UHMWPE bedeckt (Schichtdicke 20 mm), wodurch die Höchstgeschwindigkeit der Skier 110 km/h erreichen kann. Die von der japanischen Firma Mitsui Petrochemical hergestellten UHMWPE-Eisbahnen wurden 1975 in der Präfektur Kagoshima der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Ihr Baukosten lagen bei einem Viertel der Kosten für herkömmliche Eisbahnen. Für Anwendungen, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Wasserdichtigkeit wichtig sind, weist UHMWPE eine ausgezeichnete chemische Stabilität sowie Wasserdichtigkeit auf. Es kann daher als Material für die Auskleidung von Behältern zur Aufbewahrung verschiedener Lösungen sowie für große Verpackungskontainer verwendet werden – beispielsweise für Schwimmkörper, Auffangbehälter, Benzinbehälter, Behälter für Pflanzenschutzmittel oder für Behälter zur Aufnahme von Wasser in Solarenergieanlagen. Dies ist auch einer der Bereiche, in denen UHMWPE derzeit am häufigsten eingesetzt wird. UHMWPE-Behälter weisen eine ausgezeichnete Stoßfestigkeit bei Stürzen auf. Wenn der Behälter mit 20 kg Wasser gefüllt ist und aus großer Höhe auf eine 10 mm dicke Eisenplatte fällt, beträgt die Zerstörungshöhe eines herkömmlichen Polyethylenbehälters nur 9 Meter, während bei einem UHMWPE-Behälter diese Höhe über 15 Meter liegen kann. Anwendungen, bei denen Hygiene und Unbedenklichkeit im Vordergrund stehen: 4.1 Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie. UHMWPE besitzt die für die Lebensmittelindustrie erforderlichen Eigenschaften wie Unbedenklichkeit, Wasserbeständigkeit sowie Nichtklebbarkeit. Material, das dafür bestimmt ist, direkt mit Lebensmitteln in Kontakt zu kommen. Kann für Förderanlagen von Bier, Erfrischungsgetränken, Gewürzen usw. verwendet werden. Beim Transport von Gütern verhindert es das Zerbrechen von Flaschen usw., reduziert Geräusche, mindert den Verschleiß an Förderbändern, Förderschrauben usw. und senkt außerdem den Stromverbrauch. Es kann auch zur Herstellung von Bauteilen für Anlagen zur Fleisch-, Milch-, Süßwaren- sowie Backwarenproduktion verwendet werden. 4.2 Medizinische Anwendungen: UHMWPE weist eine hervorragende physiologische Trägheit sowie gute physiologische Verträglichkeit auf. Nach Genehmigung durch die US-amerikanische Food and Drug Administration sowie das Landwirtschaftsministerium darf es in Bereichen eingesetzt werden, in denen es mit dem menschlichen Körper in Berührung kommt – beispielsweise für Herzklappen, orthopädische Implantate, künstliche Gelenke sowie Verhütungsimplantate. Es ist somit ein ideales polymeres Material für medizinische Zwecke. Künstliche Hüft- und Kniegelenke, die aus UHMWPE hergestellten Acetabula sowie metallischen Femuren bestehen, weisen eine bessere Abnutzungsbeständigkeit und Sicherheit im Vergleich zu PTFE auf. Derzeit haben Hunderttausende von Menschen weltweit einen solchen künstlichen Gelenkersatz erhalten. Anwendungen anderer Eigenschaften 5.1, Anwendungen in der Kältebeständigkeit: UHMWPE weist hervorragende Kältebeständigkeit auf. Es kann in verschiedenen Kühlmaschinen eingesetzt werden und dient außerdem als Kältebeständiges Material in der Kernenergieindustrie. Im Bereich der Hochtemperatursupraleiter ist es ein äußerst geeignetes Isoliermaterial. UHMWPE weist eine hervorragende Abschirmwirkung gegen Strahlung auf und kann daher als Abschirmplatten in Atomkraftwerken verwendet werden. 5.2 Anwendungen im Bereich der elektrischen Isolierung
UHMWPE weist gute elektrische Isoliereigenschaften auf – insbesondere ist der Tangens des Dielektrizitätsverlustwinkels niedrig. Daher kann es zur Herstellung von Galvanisierbecken, Walzen sowie von Isolatoren, Isolierhalterungen, Kabelrohren, Kurzschlussschaltern, Kabelanschlüssen und anderen elektrischen Bauteilen verwendet werden, die im Hochfrequenz- und Ultrahochfrequenzbereich eingesetzt werden. Mängel: Im Vergleich zu anderen Engineering-Kunststoffen weist UHMWPE eine geringere Wärmebeständigkeit sowie Steifigkeit und Härte auf. Diese Eigenschaften können jedoch durch Methoden wie „Füllung“ und „Vernetzung“ verbessert werden ； Was die Wärmebeständigkeit betrifft, so liegt der Schmelzpunkt von UHMWPE (136 °C) im Grunde auf dem Niveau des gewöhnlichen Polyethylen. Aufgrund seiner hohen Molekülmasse weist UHMWPE jedoch eine hohe Schmelzviskosität auf, wodurch seine Verarbeitung schwierig ist. Die Frage ist: Wie werden die Eigenschaften sowie die Molekülmasse von Polyethylen-Hochpolymeren überprüft – und welche Prüfnormen gelten dabei?