奶茶吸管和航母缆绳,人工关节和防弹盾牌,这些看似毫不相关的物件之间,其实隐藏着一种很特殊的化工材料。
这种特殊的化工材料就是超高分子量聚乙烯(UHMWPE),它其实一直在悄悄改变着我们的生活。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE),也许你对它并不熟悉,它却拥有着难以想象的优良性能,应用非常广泛。

一、被低估的"塑料王者"
超市塑料袋的"超能亲戚"
厨房里常见的保鲜膜,超市里随处可见的购物袋,都是最普通的塑料聚乙烯(PE)制成。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)其实是普通聚乙烯(PE)的超级近亲,但是它们之间的性能却是天差地别。
如果把普通聚乙烯(PE)比作阳台的晾衣绳,结构简单分子链短,那超高分子量聚乙烯UHMWPE就可以比作跨海大桥的钢索,坚固强大分子量极高。
普通PE的分子量一般也就是几万到几十万之间,超高分子量聚乙烯UHMWPE的分子量多在150万至800万之间,部分特殊应用场景甚至在1000万以上。
巨大的分子量差异,赋予了UHMWPE(以下简称UPE)远超普通PE的性能。
五大逆天特性
耐磨:将UPE和钢轨相互摩擦,相同条件下,普通聚合物材料很快就出现了磨损痕迹,但是UPE的磨损程度却极小。
抗冲:经过射击测试,UPE制作的防弹盾牌,能够挡住大部分子弹的冲击。这种强大的抗冲击性能在军警两界,使其成为制造防护装备的最佳选择。
自润滑:UPE的摩擦系数极低,自润滑的就像在冰上行走一样丝滑。其摩擦系数约0.07~0.11之间,与冰相差不大( 0.05~0.15)。这也使得它在机械传动部件中应用的非常广泛,可以有效的减少了能源损耗和部件的磨损。
耐低温:在南北极的科考装备中,UPE制作的装备就发挥着很重要的作用。在极冷环境下,大部分材料会变脆性能会大幅降低,但UPE的柔韧性和强度仍然优良。
生物相容:经临床验证,UPE在人体内20年不会出现降解现象,所以在医疗领域有很大的发展潜力,如制作人工关节等植入体。

二、身边的黑科技
保命神器
警用防刺服:传统警用防刺服、防弹衣、头盔等材料为凯夫拉材料(聚对苯二甲酰对苯二胺),而使用UPE制成的警用装备更轻,重量可减轻30%。
登山绳索:UPE制成的登山绳索兼具高强度和轻重量的特性,攀登过程中的巨大拉力对它来说就是小菜一碟。
工业革命
港口传送带:在货物运输过程中,传送带的使用寿命是非常重要的。UPE制成的传送带使用寿命是普通传送带的10倍以上。
它的耐磨性和自润滑性,能够大幅的减少与货物的摩擦损耗,降低动力设备的能量消耗,企业的运营成本也大大的降低。
锂电池隔膜:锂电池隔膜是保障电池安全重要组成部分,UPE制成的锂电池隔膜的化学稳定性和微孔结构,可以很好的防止电池内部短路,提高电池的安全性和使用寿命,称之为锂电池的“安全卫士”一点都不为过。
医疗突破
人工关节:因为具有优秀的生物相容性和耐磨性,UPE成为制作人工关节的最优选,这种材料在医疗领域的利用价值非常广泛,前景无限。
手术缝合线:UPE制成的手术缝合线具有高抗拉强度、低摩擦系数和耐磨性,所以常常被用在需要长期支撑的伤口缝合,如骨科韧带修复、血管吻合等高张力场景。

三、中国制造的破局之战
曾被卡脖子的技术
十几年前我国UPE市场90%依赖进口,欧美企业掌握着材料的定价权,每吨售价高达30万元以上,严重限制了该材料在我国的广泛应用。
逆袭时间线
2023年,国产医用级UPE产品通过了FDA认证,这也代表着国产的UPE产品的质量和安全性上达到了国际先进水平。
从当前全球产能分布可以看出来,国内UPE的产能逐年提升,在全球市场中已经占据着了重要地位。
四、未来已来:正在发生的变革
深海战略
深海探索领域,万米级深海机器人所使用的纤维缆绳,必须具备高强度、耐高压、耐腐蚀的特性,UPE制成的纤维缆绳就可以很好的满足这些要求。
深海可燃冰开采,所需要运输管道也非常特殊,UPE管道良好的柔韧性和耐腐蚀性,可以更好的适应深海复杂的环境。
航天突破
未来在地外基地的建设过程中,防止阳光辐射必定是至关重要的。UPE材料就有很好的防辐射性能,据了解当前正在进行相关试验,也许将来月球基地的主要材料可能就UPE。
除此之外,还有太空舱内部的各主要部件,也有可能使用具备超强性能的UPE材料。
环保革命
风电行业,巨大的叶片的回收一直是一个难以解决的问题。用UPE制作的风电叶片强度更强使用寿命更长,UPE产品还具备成熟的回收利用性能,在叶片寿终正寝之后完全可以回收再利用。
目前全球UPE的回收方法有两种,物理回收和化学回收,回收率可达80%以上,部分高端产品再生料性能接近原生材料。

总结一下
当我们用着2毛钱一根的UPE奶茶吸管时,肯定不会想到,这个小小的吸管材料其实承载着我国材料学家30年的攻坚克难。
UPE的突破之路,不仅仅是材料科学的胜利,也是人类科技进步的体现。我们期待着它在未来能够创造更多的应用奇迹。
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