Ultrahochmolekulares Polyethylen ( UHMWPE , UHMW ) ist eine Untergruppe des thermoplastischen Polyethylens . Es ist auch als hochmoduliges Polyethylen ( HMPE ) bekannt und zeichnet sich durch extrem lange Ketten mit einer typischen Molmasse zwischen 2 und 6 Millionen Dalton aus . [ 1 ] Die längeren Ketten ermöglichen eine effektivere Lastübertragung auf das Polymergerüst durch Verstärkung der intermolekularen Wechselwirkungen. Dies führt zu einem sehr zähen Material mit der höchsten Schlagzähigkeit aller derzeit hergestellten Thermoplaste. [ 2 ]

UHMWPE ist geruchlos, geschmacklos und ungiftig. [ 3 ] Es besitzt alle Eigenschaften von Polyethylen hoher Dichte (HDPE), d. h. es ist beständig gegen Säuren , Laugen und viele korrosive Chemikalien, mit Ausnahme einiger oxidierender Säuren . Es weist eine extrem geringe Feuchtigkeitsaufnahme und einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten auf ; es ist selbstschmierend (siehe Grenzschmierung ) und äußerst abriebfest . Sein Reibungskoeffizient ist deutlich niedriger als der von Nylon und Acetal und vergleichbar mit dem von Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon), jedoch besitzt UHMWPE eine bessere Abriebfestigkeit als PTFE. [ 4 ] [ 5 ]

Entwicklung

Die Polymerisation von UHMWPE wurde in den 1950er Jahren von der Ruhrchemie AG kommerzialisiert, die im Laufe der Jahre ihren Namen mehrfach geändert hat. [ 1 ] Heute werden UHMWPE-Pulvermaterialien, die direkt in die endgültige Produktform gebracht werden können, von Braskem , Teijin (Endumax), Celanese und Mitsui hergestellt . Verarbeitetes UHMWPE ist im Handel als Fasern oder in verfestigter Form, beispielsweise als Platten oder Stäbe, erhältlich. Aufgrund seiner Verschleiß- und Schlagfestigkeit findet UHMWPE zunehmend industrielle Anwendungen, unter anderem in der Automobil- und der Abfüllindustrie. Seit den 1960er Jahren ist UHMWPE auch das bevorzugte Material für den Gelenkersatz in der Orthopädie und bei Wirbelsäulenimplantaten . [ 1 ]

UHMWPE-Fasern, die unter dem Markennamen Dyneema (Ende der 1970er Jahre vom niederländischen Chemieunternehmen DSM auf den Markt gebracht ) und unter dem Markennamen Spectra (von Honeywell, damals AlliedSignal) vertrieben werden, finden breite Anwendung im ballistischen Schutz, in Verteidigungsanwendungen und zunehmend auch in Medizinprodukten, Schutzausrüstung für Motorradfahrer, Segel-, Wander- und Kletterausrüstung sowie in vielen anderen Branchen.

Struktur und Eigenschaften

Struktur von UHMWPE, mit n größer als 100.000

UHMWPE ist eine Polyethylenart . Es besteht aus extrem langen Polyethylenketten, die alle in dieselbe Richtung ausgerichtet sind. Seine Festigkeit beruht im Wesentlichen auf der Länge jedes einzelnen Moleküls (jeder einzelnen Kette). Die Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen sind für jedes überlappende Atom relativ schwach. Da die Moleküle jedoch sehr lang sind, können große Überlappungen auftreten, die zusammen die Fähigkeit verleihen, größere Scherkräfte von Molekül zu Molekül zu übertragen.

Bei der Faserbildung können die Polymerketten eine parallele Ausrichtung von über 95 % und einen Kristallinitätsgrad von 39 % bis 75 % erreichen. Aramid hingegen bezieht seine Festigkeit aus starken Bindungen zwischen relativ kurzen Molekülen.

Seine Hitzebeständigkeit ist geringer als die anderer hochfester Fasern. Der Schmelzpunkt liegt bei 127,7 °C (261,9 °F), und laut DSM wird von der Verwendung von UHMWPE-Fasern bei Temperaturen über 90 °C (194 °F) über längere Zeiträume abgeraten. [ 6 ] [ 7 ] Unterhalb von −150 °C (−238 °F) wird es spröde . [ 8 ]

Die einfache Molekülstruktur führt zu Oberflächen- und chemischen Eigenschaften, die bei Hochleistungspolymeren selten sind. Beispielsweise binden die polaren Gruppen der meisten Polymere leicht Wasser. Da Olefine keine solchen Gruppen besitzen, absorbiert UHMWPE Wasser nur schlecht und benetzt sich auch nicht leicht , was die Verbindung mit anderen Polymeren erschwert. Aus denselben Gründen interagiert die Haut nicht stark mit UHMWPE, wodurch sich die Faseroberfläche glatt anfühlt. Ähnlich verhält es sich mit aromatischen Polymeren, die aufgrund von π-π-Wechselwirkungen oft anfällig für aromatische Lösungsmittel sind – ein Effekt, gegen den aliphatische Polymere wie UHMWPE immun sind. Da UHMWPE keine chemischen Gruppen (wie Ester , Amide oder Hydroxylgruppen ) enthält, die von aggressiven Substanzen angegriffen werden können, ist es sehr beständig gegen Wasser, Feuchtigkeit, die meisten Chemikalien, UV-Strahlung und Mikroorganismen. [ 9 ]

Unter Zugbelastung verformt sich UHMWPE so lange, wie die Spannung anhält – ein Effekt, der als Kriechen bezeichnet wird .

Beim Tempern von UHMWPE wird das Material in einem Ofen oder einem Bad aus Silikonöl oder Glycerin auf 135 bis 138 °C erhitzt . Anschließend wird es mit einer Abkühlrate von maximal 5 °C/h auf 65 °C abgekühlt. Zum Schluss wird es 24 Stunden lang in eine Isolierdecke eingewickelt, um Raumtemperatur zu erreichen.

UHMWPE gilt als Material mit relativ niedrigem Elastizitätsmodul und weist im Vergleich zu vielen anderen Hochleistungspolymeren geringere Zugfestigkeits- und Härtewerte auf. Typische Werte für die Streckgrenze liegen zwischen 19,3 und 23 MPa (2.800 bis 3.340 psi). [ 10 ] Die Shore-D-Härte beträgt etwa 60 bis 65 und ist damit etwas niedriger als die von Polyethylen hoher Dichte (HDPE). Trotz des niedrigeren Elastizitätsmoduls verleihen die extrem langen Polymerketten und das hohe Molekulargewicht UHMWPE eine außergewöhnliche Zähigkeit und Schlagfestigkeit.

UHMWPE weist die höchste Schlagzähigkeit aller Thermoplaste auf , und in Standard- Izod-Kerbschlagbiegeversuchen brechen Proben oft nicht (Werte > 1070 J/m² (240 ft⋅lb/ft)). Seine Bruchdehnung kann bis zu250%–450% und seine geringere Kettenpackungseffizienz führt zu einer Dichte von etwa 0,93–0,94 g/cm 3 (0,54–0,54 oz/cu in), die etwas niedriger ist als die von HDPE.

Produktion

UHMWPE wird durch Polymerisation von Ethylen hergestellt . Es lassen sich viele Arten von Polyethylen herstellen, die UHMW-Variante erfordert jedoch sehr aktive Katalysatoren und hohe Ethylendrücke. Die Katalyse erfolgt durch Koordinationspolymerisation , bei der Metallocene ( Kaminsky-Katalysatoren ) oder Ziegler-Natta-Katalysatoren zum Einsatz kommen . [ 9 ]

Die so entstehenden UHMWPE-Moleküle weisen typischerweise 100.000 bis 250.000 Monomereinheiten pro Molekül auf, im Vergleich zu den 700 bis 1.800 Monomereinheiten bei HDPE.

UHMWPE wird auf verschiedene Weise verarbeitet, beispielsweise durch Formpressen , Extrusion , Gelspinnen und Sintern . Mehrere europäische Unternehmen begannen Anfang der 1960er-Jahre mit dem Formpressen von UHMWPE. Das Gelspinnen kam erst viel später auf und war für andere Anwendungen vorgesehen. Die beiden größten Hersteller von UHMWPE-Garnen im Gelspinnverfahren sind Honeywell und DSM. Darüber hinaus gibt es mehrere chinesische Hersteller von UHMWPE-Garnen.

Es gibt zwei Hauptverfahren zum Gelspinnen von UHMWPE. Bei beiden Verfahren wird ein präzise erhitztes Gel erzeugt. Beim einen Verfahren wird das Gel aus einer Mischung von UHMWPE-Pulver und Öl hergestellt. Beim anderen Verfahren wird das Pulver mit Decalin vermischt . Beide Verfahren verwenden sehr geringe UHMWPE-Konzentrationen in der Suspension (~5 %). [ 11 ]

Die Suspension wird durch eine Spinndüse extrudiert . Das Extrudat wird durch die Luft gesaugt.

Wird Decalin verwendet, lässt man es vom Garn verdunsten. Bei der industriellen Produktion kann dieses Decalin zurückgewonnen und recycelt werden.

Wird Öl zur Suspension von UHMWPE verwendet, wird das Öl mit einem Lösungsmittel (typischerweise Hexan oder Dichlormethan , das das UHMWPE nicht angreift) extrahiert und anschließend getrocknet, um das Lösungsmittel zu entfernen. Auch bei großtechnischen Anwendungen können diese gefährlichen Lösungsmittel aufgefangen werden.

Berichten zufolge werden für jedes Kilogramm hergestelltes UHMWPE-Garn 20 kg Öl benötigt. Darüber hinaus werden für die Entfernung dieses Öls 100–200 kg Hexan benötigt. [ 12 ]

Nach dem Entfernen der Decalin- oder Ölschicht wird das teilorientierte Garn durch beheizte Öfen transportiert, um es zu verstrecken. Im industriellen Maßstab können diese Öfen über 200 Meter lang sein. [ 12 ] Dadurch wird die Kristallstruktur des UHMWPE ausgerichtet, und das Garn erreicht sehr hohe Zugfestigkeiten.

Das Endergebnis ist eine Faser mit einem hohen Grad an molekularer Orientierung und daher außergewöhnlicher Zugfestigkeit . Das Gelspinnen beruht darauf, einzelne Kettenmoleküle im Lösungsmittel zu isolieren, um intermolekulare Verschlaufungen zu minimieren. Verschlaufungen erschweren die Kettenorientierung und verringern die Festigkeit des Endprodukts. [ 13 ]

Kürzlich wurde ein alternatives Verfahren zur Herstellung von UHMWPE-Garn unter Verwendung von überkritischem Kohlendioxid entwickelt . Dieses neue Verfahren ist deutlich umweltfreundlicher als das herkömmliche. Insbesondere die Verwendung von Kohlendioxid als Lösungsmittel reduziert den CO₂-Fußabdruck des Herstellungsverfahrens um mehr als 50 %. [ 14 ] Durch die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid als Lösungsmittel kann das Mineralöl aus dem teilorientierten Garn zurückgewonnen und recycelt werden. Zudem entfällt der Einsatz von Hexan, Dichlormethan oder Decalin im Herstellungsprozess.

Das Unternehmen hinter dieser Neuentwicklung (FET) gewann kürzlich den TechTextil 2026 Innovation Award für neue Technologie. [ 15 ]

Anwendungen

Faser

LIROS Dyneema-Hohlraum

Dyneema und Spectra sind Marken von leichten, hochfesten, orientierten Faserverbundwerkstoffen, die durch eine Spinndüse gesponnen werden . Sie weisen Streckgrenzen von bis zu 2,4 GPa (350.000 psi) und Dichten von bis zu 0,97 g/cm³ ( 0,56 oz/cu in) (für Dyneema SK75) auf. [ 16 ] Hochfeste Stähle besitzen vergleichbare Streckgrenzen, während die Streckgrenzen von kohlenstoffarmen Stählen deutlich niedriger liegen (etwa 0,5 GPa (73.000 psi)). Da Stahl eine Dichte von etwa 7,8 g/cm³ aufweist, ist das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht dieser Werkstoffe achtmal so hoch wie das von hochfesten Stählen. Das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht von UHMWPE ist etwa 40 % höher als das von Aramid . Die hohen Eigenschaften von UHMWPE-Filamenten wurden 1968 von Albert Pennings entdeckt, kommerziell nutzbare Produkte wurden jedoch erst 1990 von DSM und kurz darauf von Southern Ropes auf den Markt gebracht. [ 17 ]

Derivate von UHMWPE-Garnen werden in Verbundplatten für Panzerungen , insbesondere für persönliche Schutzwesten und gelegentlich auch für Fahrzeugpanzerungen , verwendet . Zu den zivilen Anwendungen von UHMWPE-Fasern zählen schnittfeste Handschuhe, reißfeste Strumpfhosen, Bogensehnen, Kletterausrüstung , Seilwinden für Kraftfahrzeuge, Angelschnüre, Harpunenleinen, Hochleistungssegel , Trageleinen für Sportfallschirme und Gleitschirme , Takelage im Yachtbau, Drachen und Drachenleinen für den Drachensport.

Für persönliche Schutzwesten werden die Fasern im Allgemeinen ausgerichtet und zu Platten verklebt, die anschließend in verschiedenen Winkeln geschichtet werden, um dem resultierenden Verbundmaterial Festigkeit in alle Richtungen zu verleihen. [ 18 ] [ 19 ] Kürzlich entwickelte Erweiterungen der Interceptor-Schutzweste des US-Militärs , die Arm- und Beinschutz bieten sollen, verwenden angeblich ein UHMWPE-Gewebe. [ 20 ] Eine Vielzahl von UHMWPE-Geweben ist auf dem Markt erhältlich und wird als Schuhfutter, Strumpfhose, Fechtbekleidung, stichfeste Westen und Verbundauskleidung für Fahrzeuge verwendet. [ 21 ] [ 22 ]

Die Verwendung von UHMWPE-Seilen für Fahrzeugwinden bietet gegenüber den üblicherweise verwendeten Stahlseilen mehrere Vorteile . Der Hauptgrund für den Wechsel zu UHMWPE-Seilen ist die erhöhte Sicherheit. Die geringere Masse von UHMWPE-Seilen in Verbindung mit einer deutlich geringeren Bruchdehnung überträgt wesentlich weniger Energie als Stahl- oder Nylonseile, was zu einem nahezu vollständigen Rückschlag führt. UHMWPE-Seile bilden keine Knicke, die Schwachstellen verursachen könnten, und eventuell entstehende Ausfransungen an der Seiloberfläche können die Haut nicht durchdringen, wie es bei gebrochenen Stahllitzen der Fall sein kann. UHMWPE-Seile haben eine geringere Dichte als Wasser, wodurch die Bergung aus dem Wasser erleichtert wird, da das Bergungsseil leichter zu finden ist als ein Stahlseil. Die verfügbaren leuchtenden Farben verbessern zudem die Sichtbarkeit, falls das Seil unter Wasser gerät oder verschmutzt ist. Ein weiterer Vorteil in Fahrzeuganwendungen ist das geringere Gewicht von UHMWPE-Seilen im Vergleich zu Stahlseilen. Ein typisches 11 mm (0,43 Zoll) dickes UHMWPE-Seil mit einer Länge von 30 m (98 Fuß) wiegt etwa 2 kg (4,4 lb), ein vergleichbares Stahlseil hingegen etwa 13 kg (29 lb). Ein wesentlicher Nachteil von UHMWPE-Seilen ist ihre Anfälligkeit für UV-Schäden. Daher verwenden viele Anwender Seilwindenabdeckungen, um das Seil bei Nichtgebrauch zu schützen. Es ist außerdem anfällig für Hitzeschäden durch Kontakt mit heißen Bauteilen.

Gesponnene UHMWPE-Fasern eignen sich hervorragend als Angelschnur, da sie weniger dehnbar, abriebfester und dünner als die entsprechende Monofilschnur sind .

Beim Klettern erfreuen sich Kordeln und Gurtbänder aus einer Kombination von UHMWPE- und Nylongarn aufgrund ihres geringen Gewichts und Volumens zunehmender Beliebtheit. Im Vergleich zu reinem Nylon weisen sie eine sehr geringe Elastizität und damit eine geringe Reißfestigkeit auf. Die hohe Gleitfähigkeit der Faser führt zu schlechter Knotenfestigkeit. Daher wird sie hauptsächlich für vorgefertigte Schlingen (Gurtbandschlaufen) verwendet. Das Verbinden von UHMWPE-Abschnitten mit Knoten wird generell nicht empfohlen. Falls dies notwendig ist, sollte man den dreifachen Fischerknoten anstelle des traditionellen doppelten Fischerknotens verwenden . [ 23 ] [ 24 ]

Aus dieser Faser (spezifisches Gewicht 0,97) hergestellte Schiffstaue und -kabel schwimmen auf Meerwasser. Diese in der Schleppschifffahrt als „Spectra-Drähte“ bezeichneten Materialien werden häufig als leichtere Alternative zu Stahldrähten für die Frontdrähte verwendet. [ 25 ]

Es wird in Skiern und Snowboards verwendet, oft in Kombination mit Kohlenstofffasern , um den Glasfaserverbundwerkstoff zu verstärken , die Steifigkeit zu erhöhen und seine Flexibilitätseigenschaften zu verbessern. UHMWPE dient häufig als Basisschicht, die mit dem Schnee in Kontakt kommt, und enthält Schleifmittel, um Wachs aufzunehmen und zu binden.

Es wird auch in Hebeanwendungen zur Herstellung von leichten und schweren Hebebändern verwendet. Aufgrund seiner extremen Abriebfestigkeit eignet es sich zudem hervorragend als Kantenschutz für synthetische Hebebänder.

Hochleistungsleinen (wie z. B. Achterstage ) für Segel- und Parasailing-Geräte werden aufgrund ihrer geringen Dehnung, hohen Festigkeit und ihres geringen Gewichts aus UHMWPE gefertigt. [ 26 ] Ebenso wird UHMWPE häufig für den Start von Gleitschirmen per Winde vom Boden verwendet, da seine überlegene Abriebfestigkeit im Vergleich zu Stahlseilen zu geringerem Verschleiß beim Laufen über den Boden und in die Winde führt und somit die Ausfallzeit verlängert. Das geringere Gewicht der verwendeten, kilometerlangen Seile ermöglicht zudem höhere Startleistungen per Winde.

Für das 30 km lange und 0,6 mm dicke Weltraumkabel des ESA/russischen Jungen Ingenieursatelliten 2 vom September 2007 wurde UHMWPE verwendet. [ 27 ]

Dyneema-Verbundgewebe (DCF) ist ein laminiertes Material, bestehend aus einem Gitter aus Dyneema-Fäden, das zwischen zwei dünnen, transparenten Polyestermembranen eingebettet ist. Dieses Material ist für sein Gewicht sehr reißfest und wurde ursprünglich unter dem Namen „Cuben Fiber“ für den Einsatz in Segeln von Regattayachten entwickelt. In jüngster Zeit hat es neue Anwendungsgebiete gefunden, insbesondere in der Herstellung von leichter und ultraleichter Camping- und Trekkingausrüstung wie Zelten, Rucksäcken und bärenfesten Lebensmittelbeuteln.

Im Bogenschießen wird UHMWPE aufgrund seiner geringen Kriech- und Dehnungseigenschaften im Vergleich zu beispielsweise Dacron (PET) häufig für Bogensehnen verwendet . Neben reinen UHMWPE-Fasern setzen die meisten Hersteller Mischungen ein, um die Kriech- und Dehnungseigenschaften des Materials weiter zu reduzieren. In diesen Mischungen werden die UHMWPE-Fasern beispielsweise mit Vectran kombiniert .

Im Fallschirmsport ist UHMWPE eines der gängigsten Materialien für Trageleinen und hat das früher verwendete Dacron weitgehend verdrängt , da es leichter und kompakter ist. UHMWPE zeichnet sich durch hervorragende Festigkeit und Verschleißfestigkeit aus, ist jedoch unter Hitzeeinwirkung nicht formstabil (d. h. es schrumpft), was zu einem allmählichen und ungleichmäßigen Schrumpfen der Leinen führt, da diese beim Öffnen des Schirms unterschiedlicher Reibung ausgesetzt sind. Daher müssen die Leinen regelmäßig ausgetauscht werden. Zudem ist UHMWPE nahezu unelastisch, was den Öffnungsstoß verstärken kann. Aus diesem Grund werden Dacron-Leinen weiterhin in Schüler- und einigen Tandemsystemen verwendet, wo das zusätzliche Volumen weniger problematisch ist als die Gefahr einer verletzungsbedingten Öffnung. Bei Hochleistungsfallschirmen für Swooping wird UHMWPE hingegen durch Vectran und HMA (hochmoduliges Aramid) ersetzt. Diese Materialien sind noch dünner und formstabiler, weisen jedoch einen höheren Verschleiß auf und erfordern deutlich häufigere Wartung, um ein katastrophales Versagen zu verhindern. UHMWPE wird auch für die Schließschlaufen von Reservefallschirmen verwendet, wenn diese mit automatischen Auslösevorrichtungen eingesetzt werden . Hierbei ist der extrem niedrige Reibungskoeffizient für die ordnungsgemäße Funktion im Falle einer Auslösung des Schneidmechanismus von entscheidender Bedeutung.

Medizinisch

UHMWPE hat eine lange klinische Geschichte als Biomaterial für Hüft-, Knie- und (seit den 1980er Jahren) Wirbelsäulenimplantate. [ 1 ] Ein Online-Repository mit Informationen und Übersichtsartikeln zu medizinischem UHMWPE, bekannt als UHMWPE-Lexikon, wurde im Jahr 2000 online gestellt. [ 28 ]

Gelenkersatzkomponenten wurden traditionell aus GUR-Kunststoffen hergestellt. Diese Pulvermaterialien werden von Ticona produziert, typischerweise von Unternehmen wie Quadrant und Orthoplastics zu Halbformen verarbeitet und anschließend von den Geräteherstellern zu Implantatkomponenten bearbeitet und sterilisiert. [ 1 ] [ 29 ]

UHMWPE wurde 1962 von Sir John Charnley erstmals klinisch eingesetzt und entwickelte sich in den 1970er Jahren zum dominierenden Lagermaterial für Hüft- und Kniegelenksersatz. [ 28 ] Im Laufe seiner Geschichte gab es immer wieder erfolglose Versuche, UHMWPE zu modifizieren, um seine klinischen Eigenschaften zu verbessern, bis Ende der 1990er Jahre hochvernetztes UHMWPE entwickelt wurde. [ 1 ]

Ein erfolgloser Versuch zur Modifizierung von UHMWPE bestand in der Beimischung von Kohlenstofffasern zum Pulver. Dieses verstärkte UHMWPE wurde in den 1970er Jahren von Zimmer unter dem Namen „Poly Two“ klinisch eingeführt. Die Kohlenstofffasern wiesen eine schlechte Kompatibilität mit der UHMWPE-Matrix auf, und die klinische Leistung war der von reinem UHMWPE unterlegen. [ 1 ]

Ein zweiter Versuch zur Modifizierung von UHMWPE erfolgte durch Hochdruckrekristallisation. Dieses rekristallisierte UHMWPE wurde Ende der 1980er Jahre von DePuy unter dem Namen „Hylamer“ klinisch eingeführt. [ 1 ] Bei Gammabestrahlung an Luft zeigte dieses Material eine Anfälligkeit für Oxidation, was zu einer geringeren klinischen Leistungsfähigkeit im Vergleich zu unbehandeltem UHMWPE führte. Die schlechte klinische Bilanz von Hylamer wird heute größtenteils auf das Sterilisationsverfahren zurückgeführt, und das Interesse an diesem Material ist (zumindest in bestimmten Forschungskreisen) wieder gestiegen. [ 28 ] In den USA verlor Hylamer Ende der 1990er Jahre mit der Entwicklung hochvernetzter UHMWPE-Materialien an Bedeutung, jedoch tauchen weiterhin negative klinische Berichte aus Europa über Hylamer in der Fachliteratur auf.

Hochvernetzte UHMWPE-Materialien wurden 1998 klinisch eingeführt und haben sich, zumindest in den USA, schnell zum Standardverfahren für Hüfttotalendoprothesen entwickelt . Diese neuen Materialien werden mittels Gamma- oder Elektronenstrahlung (50–105  kGy (5,0–10,5  Mrad )) vernetzt und anschließend thermisch behandelt, um ihre Oxidationsbeständigkeit zu verbessern. [ 1 ] Fünfjährige klinische Daten aus mehreren Zentren belegen mittlerweile ihre Überlegenheit gegenüber konventionellem UHMWPE bei Hüfttotalendoprothesen. Derzeit laufen noch klinische Studien zur Untersuchung der Leistungsfähigkeit von hochvernetztem UHMWPE für Kniegelenksendoprothesen. [ 28 ]

Im Jahr 2007 begannen Hersteller, Antioxidantien in UHMWPE für Hüft- und Kniegelenksendoprothesen einzubringen. [ 1 ] Vitamin E (α-Tocopherol) ist das am häufigsten verwendete Antioxidans in strahlungsvernetztem UHMWPE für medizinische Anwendungen. Das Antioxidans hilft, freie Radikale, die während der Bestrahlung entstehen, zu neutralisieren und verleiht dem UHMWPE so eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit, ohne dass eine Wärmebehandlung erforderlich ist. [ 30 ] Seit 2007 bieten mehrere Unternehmen antioxidativ stabilisierte Gelenkersatztechnologien an, die sowohl synthetisches Vitamin E als auch Antioxidantien auf Basis gehinderter Phenole verwenden . [ 31 ]

Ein weiterer wichtiger medizinischer Fortschritt für UHMWPE im letzten Jahrzehnt war die zunehmende Verwendung von Fasern für Nahtmaterialien . Medizinische Fasern für chirurgische Anwendungen werden von DSM unter dem Handelsnamen „Dyneema Purity“ hergestellt. [ 32 ]

Herstellung

UHMWPE wird bei der Herstellung von PVC -Fenstern und -Türen verwendet , da es der zum Erweichen der PVC-basierten Materialien erforderlichen Hitze standhält und als Form-/Kammerfüller für die verschiedenen PVC-Formprofile verwendet wird, damit diese Materialien um eine Schablone herum gebogen oder geformt werden können.

UHMWPE wird auch zur Herstellung von Hydraulikdichtungen und -lagern verwendet. Es eignet sich besonders für mittlere mechanische Beanspruchungen in Wasser-, Öl- und Pneumatiksystemen sowie für ungeschmierte Anwendungen. Es weist eine gute Abriebfestigkeit auf, ist aber besser für weiche Dichtflächen geeignet.

Draht und Kabel

Kathodenschutzkabel mit Fluorpolymer-/HMWPE-Isolierung sind typischerweise doppelt isoliert. Sie verfügen über eine Primärschicht aus einem Fluorpolymer wie Ethylen-Chlortrifluorethylen (ECTFE), das chemisch beständig gegen Chlor, Schwefelsäure und Salzsäure ist . Darunter befindet sich eine HMWPE-Isolierschicht, die für flexible Festigkeit sorgt und eine gewisse Beanspruchung bei der Installation ermöglicht. Der HMWPE-Mantel bietet zudem mechanischen Schutz. [ 33 ]

Marine Infrastruktur

UHMWPE wird aufgrund seiner überlegenen Verschleißfestigkeit, Schlagfestigkeit und geringen Reibung sowohl unter nassen als auch unter trockenen Bedingungen im maritimen Bereich als Verkleidung von Fendersystemen für Anlegestellen eingesetzt . [ 34 ]

Siehe auch

Referenzen

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Weiterführende Literatur

  • Southern et al., Die Eigenschaften von Polyethylenkristallisation unter dem Einfluss von Orientierung und Druck in einem Druckkapillarviskosimeter, Journal of Applied Polymer Science Bd. 14, S. 2305–2317 (1970).
  • Kanamoto, Über die Herstellung von ultrahochfesten, einkristallinen Matten aus hochmolekularem Polyethylen durch Ziehen, Polymer Journal Bd. 15, Nr. 4, S. 327–329 (1983).
  • Shaver et al. Bewertung der ökologischen Nachhaltigkeit von überkritischem CO2 bei der Herstellung von gelgesponnenen Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht, ACS Sustainable Chemistry and Engineering (2025) https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.5c07037