超高分子量ポリエチレン

超高分子量ポリエチレン(ちょうこうぶんしりょうぽりえちれん、Ultra High Molecular Weight Polyethylene-UHPEまたはUHMWPE)は、通常2~30万の分子量を100~700万まで高めたポリエチレン[1]熱可塑性樹脂に分類される合成樹脂であり、スーパーエンジニアリングプラスチックのひとつとみなされている。

超高分子量ポリエチレンの使用例:スノーモービルのスキー部やギアレール

ダイニーマDyneemaコーニンクレッカDSM東洋紡がライセンス生産)、スペクトラSpectraハネウェル)などの商品名でも呼ばれる。

製法

低圧の懸濁重合法にて製造しつつ、反応時間を長く取ることで分子量を高め製造される。[2][3]

特徴

  • 非常に高い耐衝撃性を持ち、これはポリカーボネート (PC) を上回る。また、この特性は低温から高温までの幅広い温度領域においても低下しない。
  • 耐摩耗性に優れ、自己潤滑性を持つ。砂を用いた摩擦試験でもフッ素樹脂ポリアセタール (POM) よりも良好。
  • 耐薬品性を持ち、食品安全衛生樹脂である。
  • 比重0.92 - 0.94と軽い。
  • 吸水率が低く、寸法安定性に優れる。
  • 特殊な成形方法が必要となる。溶融時の流動性は極めて低く射出成形には馴染まない。そのため粉体を圧縮成形し切削する、または中空成形などの手法が用いられる。

改質

ガラス繊維炭素繊維などで補強した繊維強化プラスチックがある。

用途

歴史

1953年ドイツマックス・プランク研究所カール・ツィーグラーによって発見された四塩化チタンと有機アルミニウム化合物を触媒に利用し、分子量の大きなポリエチレン重合が実現した。さらに、1980年代に入ると活性が高いメタロセン系触媒が開発され[4]、ポリエチレンの分子量をより高めた重合が可能となり製造されるようになった。

使用例

機械・機構部品としては、耐摩耗性を生かした用途に用いられる。これはギア・歯車ガスケット類などの小物から、農機具ブルドーザーのブレードなど工作機器部品、さらにはサイロやホッパーなどプラント用大型設備にも用いられる。潤滑性に着目した利用例では、氷を使わないスケートリンクがある。一方、物性の温度依存性の低さから、低温環境で用いる分野でも使用される。機械類のガイドレール、スキー板スキーの滑走面、スノーモービルのギアレールなどがそれに当てはまる。生体安全性の特徴から人工骨義肢用材料など[5]にも用いられる。

粉体はコンパウンド用材料としても利用される。耐摩耗性を向上させる用途では四フッ化エチレン樹脂(PTFE)や二硫化モリブデンよりもブレンド性や価格に優れる。[6]

UHMWPEは糸状に成形すると非常に強靭な繊維を得られる。これは同じ重量でピアノ線の8倍に相当する強度を有する[7]ため、船舶用や登山・レジャー用ロープなどに用いられる。

フィルムは、離型フィルム状に圧縮成形またはインフレーション法[8]などの方法で製造され、皮膜材や保護フィルムなどとして用いられる。

戦闘用ヘルメットの素材として使用する研究も進められており、ECHなどが実用化しつつある。

脚注

  1. によると、一般に分子量150万以上のものを指し、450万以上のものが多く使用されている。
  2. 271828の滑り台Log「超高分子量ポリエチレン」 (日本語). slide_271828. 2008年4月12日閲覧。
  3. プラスチック 問いと答えⅠ (日本語). 村上今朝男. 2008年4月12日閲覧。
  4. 第2回 国際高性能繊維およびポリマー会議 (日本語). 社団法人 化学繊維技術改善研究委員会. 2008年4月12日閲覧。
  5. DLC皮膜の人工関節用材料への応用に関する研究 (日本語). 豊橋技術科学大学トライボロジー研究室. 2008年4月12日閲覧。
  6. 超高分子ポリエチレンパウダー (日本語). ゴム・エラストマー相談室 三洋貿易. 2008年4月12日閲覧。
  7. 用語解説(1)超高分子量ポリエチレン繊維 (日本語). 三河繊維技術センター. 2008年4月12日閲覧。
  8. 研究関連受賞一覧 機能材料分野「超高分子量ポリエチレンのインフレーションフィルム成形技術」 (日本語). 三井化学. 2008年4月12日閲覧。

参考資料

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