[材料科学]聚乙烯纤维.ppt

相对超高分子质量聚乙烯纤维制备及其应用 一. 超高分子量聚乙烯纤维的发展简况 二. 超高分子量聚乙烯原料的结构性能 三. 超高分子量聚乙烯纤维结构 四. 冻胶纺丝原理及方法 五. 超高分子量聚乙烯纤维的后加工 六. 超高分子量聚乙烯纤维的性能 七. 超高分子量聚乙烯纤维主要品种及应用 八. 问题和改进 高强高模高分子纤维的概念 20世纪30年代，Staudinger教授提出了高强高模高分子纤维必须具备的结构模型 而这种结构模型只有在二种极端情况下才能实现，即非常刚性的分子和柔性的分子。 刚性链高分子不易折叠，分子会自然充分伸展，加工过程中沿作用力方向择优取向，形成平行链，特别是如果分子间作用力很强,形成液晶单元； 非极性的柔性链高分子，由于分子间作用力非常小，容易伸展并取向,如聚乙烯。 一. 超高分子量聚乙烯纤维发展 用高分子量聚乙烯制备高强纤维的想法诞生于70年代。Leeds大学I.M.Ward教授于70年代初首先用熔融纺丝法得到了聚乙烯纤维（18.0cN/dtex）,转让给美国Celanese公司及意大利Snia纤维公司，分别推出了Certran和Tenfor两种商标的纤维。 20世纪70年代末，R.S.Potter 报道了固态挤出高分子量聚乙烯，1986年日本石油公司（现三菱石油公司）开展了有关SSE的研究，1994年在日本建立了一个中试生产厂生产销售SSE纤维MiliteTM，1999年将专利技术授权给美国的Synthetic Indu.，商品名为TensylonTM，产能为80-100吨。 产品主要用于绳索、缆绳、捕鱼线、防割手套、增强土工建筑材料、天线屏蔽器如雷达罩等。 当时制得的聚乙烯纤维物性远不如今天的超高分子量聚乙烯纤维，其主要原因有: 所使用聚乙烯的分子量太低，末端基较多，形成较多的缺陷； 没有充分拉伸，没有形成伸直链结晶。 以后出现了如结晶生长法、高倍热拉伸法、区域拉伸法、单晶片高倍热拉伸，增塑熔融拉伸法等来制备高强高模高分子纤维。 ⑴ 高压固态挤出法 将超高分子质量聚乙烯置于挤出装置内加热熔融，以几千公斤/cm2的压力将聚乙烯熔体从喷孔挤出，随即进行高倍拉伸，在高剪切力和拉伸张力的作用下，使聚乙烯大分子链充分伸展，以此来提高纤维的强度。 但由于在固相取向过程中难于形成贯穿于结晶间的分子链束，因而限制了纤维的高度拉伸，纤维强度也相应受到限制，因而该种方法难于实现工业化生产。 ⑵ 增塑熔融纺丝法 增塑熔融纺丝方法是加入适量流动改性剂或稀释剂将聚乙烯纺成纤维的方法。可以是聚乙烯的溶剂，也可以是蜡质物质，混合比为20:80—60:40，经双螺杆熔融，再挤出纺丝。混合物经熔融挤出成形后，进行萃取和多级热拉伸，最终得到强度为26cN／dtex，模量为980cN／dtex的纤维。 ⑶ 表面结晶生长法 表面结晶生长法是将聚乙烯溶解，然后将溶液置于由两个同心圆柱所构成的结晶装置内，向纺丝溶液中投入晶种，形成纤维状晶体，在100-125℃之间进行热拉伸，使串晶结构转化为伸直链结构，赋予纤维高强度与模量。该技术是一种新型的纺丝技术，但是难于实现工业化生产。 ⑷ 区域高倍拉伸法 将初生纤维加热到127 ℃以上，进行区域高倍拉伸，使折叠链的大分子链重排，形成伸直链结构，从而获得高强高模。由于受使用分子量的限制，仅靠拉伸方法使纤维强度提高有限，最高强度17.6，模量1000 cN/dtex。 ⑸ 凝胶纺丝—热拉伸法 将超高分子量聚乙烯粉末以十氢萘或石蜡油为溶剂，制成半稀溶液，经喷丝孔挤出后骤冷成凝胶原丝，再对凝胶原丝进行萃取和干燥，经超倍拉伸制得。 凝胶法溶解是大分子解缠的过程。而凝胶原丝的形成实际上是聚乙烯大分子在凝胶原丝中保持解缠状态，为其后的超倍拉伸打下基础。超倍拉伸不仅使纤维的结晶度、取向度得到提高，而且使呈折叠链的片晶结构向伸直链转化，从而极大改善纤维的强度和模量。 Process for making polymer filaments which have a high tensile strength and a high modulus Patent number: FR2459845， 1981-01-16 Inventor: SMITH P.; LEMSTRA P. J. Applicant: STAMICARBON (NL) 美国Allied Signal公司抢先购买了该专利使用权，经改良于1983年取得纤维的美国专利，1989年正式商业化生产，商品名为“Spectra”；1982年日本Mitsui公司增塑纺技术于83年