一、前言
聚乙烯是目前產量最大、套用最廣的塑膠品種之一，約占世界塑膠總產量的30%。其中，LDPE、HDPE以及被稱為第三代聚乙烯的LLDPE等均屬於熱塑性通用塑膠，唯有分子量高達150萬以上的超高分子量聚乙烯（UHMEPE）因物理力學性能優異而作為工程塑膠套用。
根據美國菲利普石油公司的劃分方法，分子量在150萬以上的聚乙烯稱為“超高分子量聚乙烯（UHMWPE）”。德國赫斯特（hoechst）公司、美國赫爾克樂斯（Hercules）公司和日本三井石油化學公司是世界上生產UHMWPE的三大 公司，中國主要生產廠家是北京助劑二廠、上海高橋石化公司化工廠。
二、性能
UHMWPE極高的分子量（HDPE的分子量通常只有2～30萬）賦予其優異的使用性能，而且屬於價格適中、性能優良的熱塑性工程塑膠，它幾乎集中了各種塑膠的優點，具有普通聚乙烯和其它工程塑膠無可比擬的耐磨、耐衝擊、自潤滑、耐腐蝕、吸收衝擊能、耐低溫、衛生無毒、不易粘附、不易吸水、密度較小等綜合性能。事實上，目前還沒有一種單純的高分子材料兼有如此眾多的優異性能。
1、耐磨性
UHMWPE的耐磨性居塑膠之冠，並超過某些金屬，圖1為UHMWPE與其它材料耐磨性比較。從圖1可以看出，與其它工程塑膠相比，UHMWPE的沙漿磨耗指數僅是PA66的1/5，HEPE和PVC的1/10；與金屬相比，是碳鋼的1/7，黃銅的1/27。這樣高的耐磨性，以致於用一般塑膠磨耗實驗法難以測試其耐磨程度，因而專門設計了一種沙漿磨耗測試裝置。UHMWPE耐磨性與分子量成正比，分子量越高，其耐磨性越好。
2、耐衝擊性
UHMWPE的衝擊強度，在所有工程塑膠中名列前茅，圖2為UHMWPE與其他工程塑膠衝擊強度比較，從圖2中可以看出，UHMWPE的衝擊強度約為耐衝擊PC的2倍，ABS的5倍，POM和PBTP的10餘倍。耐衝擊性如此之高，以致於採用通常衝擊試驗方法難以使其斷裂破壞。其衝擊強度隨分子量的增大而提高，在分子量為150萬時達到最大值，然後隨分子量的繼續升高而逐漸下降。值得指出的是，它在液氮中（-195℃）也能保持優異的衝擊強度，這一特性是其它塑膠所沒有的。此外，它在反覆衝擊表面硬度更高。
3、自潤滑性
UHMWPE有極低的摩擦因數（0.05～0.11），故自潤滑性優異。表1為UHMWPE與其他工程塑膠摩擦因數比較。從表1可以看出，UHMWPE的動嗎擦因數在水潤滑條件下是PA66和POM的1/2，在無潤滑條件下僅次於塑膠中自潤滑性最好的聚四氟乙烯（PTFE）；當它以滑動或轉動形式工作時，比鋼和黃銅加潤滑油後的潤滑性還要好。因此，在摩擦學領域UHMWPE被譽為成本/性能非常理想的摩擦材料。
名稱摩擦係數
自潤滑水潤滑油潤滑
UHMWPE0.10～0.220.05～0.100.05～0.08
PTFE0.04～0.250.04～0.080.04～0.05
PA660.15～0.400.14～0.190.06～0.11
POM0.15～0.350.10～0.200.05～0.10
表1 UHMWPE與其它工程塑膠摩擦因數比較
4、耐化學藥品性
UHMWPE具有優良的耐化學藥品性，除強氧化性酸液外，在一定溫度和濃度範圍內能耐各種腐蝕性介質（酸、鹼、鹽）及有機介質（荼溶劑除外）。
其在20℃和80℃的80種有機溶劑中浸漬30d，外表無任何反常現象，其它物理性能也幾乎沒有變化。
5、衝擊能吸收性
UHMWPE具有優異的衝擊能吸收性，衝擊能吸收值在所有塑膠中最高，因而噪聲阻尼性能很好，具有優良的削音效果。
6、耐低溫性
UHMWPE具有優異的耐低溫性，在液氦溫度（-269℃）下仍具有延展性，因而能夠用作核工業的耐低溫部件。
7、衛生無毒性
UHMWPE衛生無毒，完全符合日本衛生協會的標準，並得到美國食品及藥物行政管理局和美國農業部的認可，可用於接觸食品和藥物。
8、不粘性
UHMWPE表面吸附能力非常微弱，其抗粘符能力僅次於塑膠中不粘性最好的PTFE，因而製品表面與其它材料不易粘符。
9、吸水性小
UHMWPE吸水率很低；一般小於0.01%，僅為PA66的1%，因而在成型加工前一般不必乾燥處理。
10、密度
表2為UHMWPE與其它工程塑膠密度比較。由表2可知，UHMWPE的密度比其它所有工程塑膠都低，一般比PTFE低56%，比POM低33%，比PBTP低30%，因此其製品非常輕便。
名稱相對密度UHMWPE密度比其低/%
PTFE201256
POM1.4133
PBTP1.3130
PC1.2022
PA1.02—1.148—18
UHMWPE0.94
表2 UHMWPE 與其它工程塑膠密度比較
11、拉伸強度
由於UHMWPE具有朝拉伸取向必備的結構特徵，所以有無可匹敵的超高拉伸強度，因此可通過凝膠紡絲法製得超高彈性模量和強度的纖維，其拉伸強度高達3～3.5GPa,拉伸彈性模量高達100～125GPa；纖維比強度是迄今已商品化的所有纖維中最高的，比碳纖維大4倍，比鋼絲大10倍，比芳綸纖維大50%。
12、其他性能
UHMWPE還具有優良的電氣絕緣性能，比HDPE更優良的耐環境應力開裂性，比HDPE更好的耐疲勞性及耐r-射線能力。
13、不足之處
與其它工程塑膠相比，UHMWPE耐熱性、剛度和硬度偏低，但可以通過“填充”和“交聯”等方法來改善；從耐熱性來看，UHMWPE的熔點（136℃）與普通聚乙烯大體相同，但因其分子量大，熔融粘度高，故加工難度大。
三、套用
目前UHMWPE已在紡織、造紙、包裝、運輸、進寫、化工、採礦、石油、建築、電氣、食品、醫療、體育等領域得到廣泛的套用，並開始進入常規兵器、船舶、汽車等領域。今後還將擴大到宇航和原子能等領域。
1、一耐磨性和耐衝擊性為主的套用
1.1、紡織機械
紡織機械是UHMWPE最早套用的領域，早在1958年，就有幾家公司用UHMWPE製造防止機械零件，如取代韌性材料中最耐用的水牛皮製作的織機上的皮結，承受40～180次/min長期振動衝擊，其壽命可達水牛皮結的5～6倍。目前，國外在每台織機上套用的UHMWPE零件平均有30件左右，如投梭器、打梭棒、齒輪、聯結器、掃花桿、緩衝塊、桿軸套、擺動後梁等耐衝擊磨損零件。
1.2、造紙機械
造紙機械是套用UHMWPE的第二個工業領域，約在1960年，在一台削木機的傳送裝置上第一次安裝了UHMWPE防磨條，對底板和鏈條起到良好的保護作用，使用5a基本上無磨損。據估計，防磨條的壽命要比鏈條的壽命高一倍以上，UHMWPE和不鏽鋼、楓木、澆鑄型聚氨脂及層壓酚醛塑膠等耐磨材料都層作為吸水箱蓋板使用，但重要的是UHMWPE蓋板對吸水箱上不鏽鋼絲網的阻力大大低於其它材料，因此可使昂貴的不鏽鋼死網的使用壽命延長。今天，造紙工業所需UHMWPE用量占總量的10%，如採用UHMWPE製造造紙機的刮水板、吸水箱蓋板、壓密部件、接頭等；此外UHMWPE也可用來製造造紙機械的密封軸桿、偏導輪、刮刀、過濾器等零部件。
1.3、包裝機械
UHMWPE的高耐磨性、低摩擦因數和不粘性，使其在包裝機械中比某些金屬和其它塑膠更適用，可代替磷青銅和氟塑膠。
用UHMWPE取代改性氟塑膠製作導軌、傳送裝置的滑塊座、固定板等，不僅大大降低了設備投資費用，而且可延長使用壽命10～50倍。
一條液體洗滌劑生產線裝置上的計時星輪，用UHMWPE取代原來的層壓熱固性塑膠後，使過去易磨損、易劃傷瓶且容易變軟的問題迎刃而解，大大減少了備用件費用，有UHMWPE製造的計時螺桿，也已在許多裝瓶線上作為標準部件使用。
西方一個大啤酒廠，用UHMWPE製作了一條約1.6km長的板帶式瓶子傳送帶，比用磷青銅製作的傳送帶耐用幾倍。
國外一個汽車組裝廠的輸送線上，鏈條驅動鏈輪使小車在鋼板傳送平台上運動，由於鏈條與鋼板的摩擦，鏈條極易損壞。採用UHMWPE板材替換鋼板，使磨損大大降低，同時也減少了動力消耗。
1.4、通用機械
由於UHMWPE具有優良的耐磨性、耐衝擊性，它在機械製造行業中得到廣泛套用，可製作各種齒輪、凸輪、葉輪、滾輪、滑輪、軸承、軸瓦、軸套、削軸、墊片、密封墊、彈性聯軸節、螺釘等機械零部件。
2、以自潤滑性和不粘性為主的套用
2.1、材料儲運
UHMWPE可製作裝煤、水泥、石灰、礦粉、鹽、穀物之類粉狀材料的料斗、料倉、滑槽的襯裡，由於它具有優良的自潤滑性、不粘性，可使上述粉狀材料對儲運設備不發生粘附現象，保證穩定輸送。
煤、礦粉、糧食等的料斗過去採用不鏽鋼襯裡進行裝箱運輸，現改用UHMWPE襯裡，長期使用時，可減少發熱現象，寶鋼運送礦石的料斗採用UHMWPE，要比原先採用的金屬材料使用壽命提高10～50倍。用UHMWPE製作料斗襯裡便於施工、成本低，所以大發電廠輸送煤的加料斗也採用了UHMWPE襯裡。
採煤場的煤溜槽採用UHMWPE製造，可降低傾斜角度，從而提高開採量。輸送40萬t煤而不需要更換料槽，其使用壽命比襯鎂合金的流料槽提高2倍。
UHMWPE用於流砂等的固體輸送管道，與鋼管相比壽命提高18倍，成本降至1/25，與尼龍管相比壽命提高3倍，成本降至1/8。在輸送時，管內阻力比金屬管小25%，大大提高了輸送效率。
在滑槽、鏟斗和礦石車廂的內襯等方面，用傳統金屬材料時，遇到寒冷潮濕天氣，物料就會凍結在金屬上，而採用UHMWPE則不會，從而大大減少了卸貨時間。在散裝貨船的自卸漏斗上內襯一層UHMWPE板材後，平均卸貨時間由原來的16～20h減少到8h。
2.2農業、建築機械
UHMWPE自潤滑性優異，泥土在其表面容易滑動，而不會發生粘著，而且其耐衝擊性、耐磨損性優良，適於製作農業和建築機械的零部件。如聯合收割機的滑動板、犁具外襯板、退土機的刮板、挖土機鏟斗的內襯、翻斗車車廂的內襯等，可大幅度提高工作效率，減少能耗。
2.3文體用品
利用UHMWPE的自潤滑性和耐磨性及耐寒性，可用語滑冰、滑雪板底板，歐美主要採用UHMWPE製造；用UHMWPE覆蓋滑雪道（層厚20mm），滑板最高速度可達110km/h。
日本三井石油化學公司製造的UHMWPE滑冰場，1975年在Kagoshima縣對外開放，其造價為一般滑冰場的1/4。
3、以耐腐蝕性和不吸水性為主的套用
UHMWPE具有優良的化學穩定性和不吸水性，可用做各種溶液存儲設備的鋪面材料和大型包裝容器，如浮筒、接水槽，汽油箱、農藥容器以及用語太陽能設備的退水容器等。這也是UHMWPE目前套用最廣泛的領域之一。
UHMWPE容器具有優良的落下衝擊強度。如果將容器裝水20kg，從高空跌落至10mm厚的鐵板上，普通聚乙烯容器的破壞高度僅為9M，而UHMWPE容器可高達15M以上。
4、以衛生無毒性為主的套用
4.1、食品、飲料工業
UHMWPE具備食品工業所要求的無毒性、耐水性及非黏著性。被指定為可直接與食品接觸使用的材料。可用於啤酒、清涼飲料、調味品等的輸送線。輸送物品時，可以防止瓶子等的破損，降低噪音，減少輸送帶、輸送螺桿等的磨損，並可減少電力損耗，它還可用來製造肉食、牛奶以及糖果蜜餞和麵包食品生產設備的零部件。
4.2、醫療
UHMWPE具有優異的生理惰性和生理適應性，經美國食品及藥物行政管理局、農業部批准，可在醫藥幾與人體接觸的領域使用，如作為心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關節及節育植入體等的臨床使用，是理想的醫用高分子材料。有UHMWPE製成的腕臼和金屬股骨組成的人工髖關節，耐磨性和安全性比PTFE更為優異。目前世界上已有數十萬人接受了這類人工關節的置換。
5、其他性能的套用
5.1、耐低溫性套用
UHMWPE具有優異的耐低溫性能，可套用於各種冷凍機械中，並可作為核工業的耐低溫部件，在低溫超導領域中是較為理想的絕緣材料。UHMWPE對放射線具有優良的遮蔽效果，故可用作原子能
發電站的遮蔽板。
5.2、電絕緣性能套用
UHMWPE電絕緣性能良好，尤其是介電損耗角正切值低，可用於製造電鍍槽、輥子及在高頻和超高頻區間工作的絕緣子、絕緣拖架、電纜管道、短路器、電纜端子和其它電氣裝置。
四、加工
需要提出的是，因UHMWPE熔融粘度極高，加工難度大，長期以來，國內外都主要採用類似於加工聚四氟乙烯的壓制—燒結和柱塞擠出成型方法加工，生產效率較低。
