先进高分子材料课件.ppt

先进高分子材料之 超高分子质量聚乙烯纤维 njnu-sj 什么是先进高分子材料？ “先进高分子材料”是指具有相对独特物理化学性能、适宜在特殊领域或特定环境下应用的，节能环保，新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新能源汽车等战略性新兴产业发展急需的，国计民生需要且市场短缺的各类新型高分子合成材料，或传统高分子材料中的特殊品种。 先进高分子材料的种类 特种合成纤维 主要包括芳纶、超高分子质量聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维等4个品类。 超高分子质量聚乙烯纤维 超高分子质量聚乙烯纤维 超高分子量聚乙烯纤维(英文全称： Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber， 简称UHMWPE)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量 最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。它与碳纤维、芳纶并称为当今世界3大高科技纤维。 发展史 发展史 中国纺织科学院于上世纪80年代年开展了超高分子量聚乙烯纤维生产工艺的研发工作，并取得中国专利，90年代东华大学也加入研发行列，并于1999年宣布研发成功，2000年，正式进入商业化生产阶段。近年来，在国内相关科研单位及生产商的不断努力下，我国UHMWPE纤维的生产技术及产量都取得了相当大的进步。很多厂家生产的UHMWPE纤维被广泛应用于国防产品．并出口国外，有的产品还取得了相当好的国际声誉。 发展史 特殊性能 密度低(0．97)、比强度高、比模量高，而且能量吸收性能和阻尼性能比KeVlar纤维（凯夫拉，是杜邦公司发明并生产的一种高性能纤维的注册商标，也是杜邦公司引以自豪的著名品牌）优越，弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等断裂应变小的弱点。在现代化战争和宇航、航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。 特殊性能 1、优良的力学性能 超高分子质量聚乙烯纤维的密度为0.97，只有芳纶纤维的2／3和高模碳纤维的1／2，而轴向拉伸性能很高。其比拉伸强度是现有高性能纤维中最高的，比拉伸模量除高模碳纤维外也是很高的，较芳纶纤维高得多。 特殊性能 2、优良的耐冲击性能 UHMW-PE纤维是玻璃化转变温度低的热塑性纤维．韧性很好，在塑性变形过程中吸收能量，因此，他的复合材料在高应变率和低温下仍具有良好的力学性能，抗冲击能力比碳纤维、芳纶纤维及一般玻璃纤维复合材料高。 特殊性能 3、优良的耐化学腐蚀性 UHMW—PE纤维具有高度的分子取向和结晶，具有良好的耐溶剂溶解性能。 特殊性能 4、优越的耐磨性能 材料的耐磨性一般随模量的增大而降低， 但UHMW-PE纤维而言，则相反。这是因为该纤维的摩擦系数低所致。其耐磨性和弯曲疲劳也比芳纶纤维高，适合做绳索。 特殊性能 5、良好的电绝缘和耐光性能 UHMW-PE纤维增强复合材料的介电常数和介电损耗值低，反射雷达波很少，对雷达波的透射率高于玻璃纤维复合材料，适用于制造各种雷达罩。 经各种纤维耐光性比较，UHMW-PE纤维的耐光性是最好的。经过1500h的光照之后，纤维的强度保持率还有60％左右，而其他纤维均在50％以下。 特殊性能 6、优异的自润滑性 利用纳米技术对其进行改性，可以大幅度减少UHMW-PE分子链的缠结，起到了自润滑作用。自身滑动性能优于用于润滑的碳钢或黄铜。特别是在环境恶劣、粉尘、泥沙多的地方，UHMW-PE制品的自身润滑性更充分地显示出来。不但能运动自如，且保护相关工件不磨损或拉伤。 特殊性能 6、 对生物无毒性 UHMW-PE制品是少数几种对生物完全无毒、无味、无嗅的塑料制品，符合国家安全卫生标准。直接用于食品机械、医药行业可替代昂贵的不锈钢管输送物料，特别适用于制作人工关节、骨骼等。 特殊性能 7、 表面非附着性 UHMW PE制品由于摩擦系数小和无极性，因此具有很好的表面非附着性。现有的材料一般在pH值9以上的介质中均会结垢，UHMW-PE制品则不结垢，这一特性对火电站用于排粉煤灰系统有重大意义。在原油、泥浆等输送管道方面也非常适用。 生产技术 UHMW PE纤维是选用高相对分子质量聚乙烯为原料来制备的。随着聚乙烯相对分子质量的提高，熔体粘度剧增，所以无法用通常的熔融纺丝方法来制备纤维。1970年代以来，国际上先后出现了高压固态挤出法 、增塑熔融纺丝法 、表面结晶生长法 、超拉伸或局部超拉伸法、凝胶纺丝—拉伸法等几种UHMWPE纤维的制备技术。 生产技术 1、表面