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高强高膜聚乙烯纤维的性能及其应用
摘要:高强高模聚乙烯纤维是新兴的高分子纤维,与碳纤维、芳伦并列为三大高性
能纤维,其性能优异,已在广泛应用于各个领域。对此,本文对该纤维进行介绍,了高
强聚乙烯纤维的性能及其应用发展。
1高强高膜聚氯乙烯纤维的定义
高强高模聚乙烯纤维(也称为超高分子量聚乙烯纤维,英文UltraHighMolecular
WeightPolyethyleneFiber,简称UHMWPE),是上世纪80年代初研制成功的高性能有
机纤维,它是当今世界三大高科技纤维(碳纤维、芳伦、高强高模聚乙烯纤维)之一,
是一种具有高度取向直链结构的纤维。
2.高强高膜聚乙烯纤维生产工艺方法
UHMWPE纤维的生产采用凝胶纺丝(又称冻胶纺丝)方法进行。现有的生产工艺可
以分为两大类,一类以DSM和东洋纺为代表的干法纺丝法,另一类以Honeywell为代
表的湿法纺丝法。两者的主要区别是采用了不同的溶剂和后续工艺。DSM工艺采用十
氢萘溶剂。十氢萘易挥发,可以采用干法纺丝,省去了其后的萃取工段;Honeywell采用
石蜡油溶剂,需要后续的萃取工段,用第2溶剂(萃取剂)将第1溶剂萃取出来。Honey
well等公司采用的石蜡油(paraffinoil),又称矿物油(mineraloil)或者白油(whiteoil)。
一般为沸点高于350的烃类混合物。国内现有的生产厂家大多数都采用石蜡油为溶剂的
湿法纺丝工艺。
3.高强高膜聚乙烯纤维的性能
超高分子聚乙烯纤维具有高取向度,高结晶度,微纤沿拉伸方向排列规整度高,使
用电子显微镜还能够观察到“串晶”结构。这些结构赋予其良好的机械性能:沿纤维轴向方
向,纤维具有很高的耐拉伸性,比强度,比模量都较高;即使在很低的温度下,该纤维
仍能够保持柔软,有研究表明,即使在-150℃的条件下,纤维也无脆化点。
3.1耐高能辐射性能
超高分子量聚乙烯纤维在受到高能辐射,如电子射线或γ射线的照射时,分子链会
发生断裂,纤维强度会降低。研究表明当吸收剂量达到1×102kJ/kg时,会对纤维的
性能发生显著的影响。但当吸收剂量高达3×106kJ/kg时,纤维还可以保持可用的强
度。在正常生产和储存期间无需对日照进行特殊防备。
3.2耐化学性能
由于聚乙烯结构中不含有任何羟基,芳香环等能够易与接触物质发生反应的基团,
而且经过超倍拉伸后,超高分子量聚乙烯纤维具有较为致密规整的内部结构,这些特点
使超高分子量聚乙烯纤维非常耐受化学试剂的腐蚀,对于常见的酸碱腐蚀,耐受性明显
高于同为高性能纤维的芳香族纤维。但受制于聚烯烃结构的特点,超高分子量聚乙烯纤
维对氧化较为敏感,在强氧化作用下,会很快的失去强力。但是在正常的空气环境中,
纤维能够稳定的存在很多年。
3.3耐疲劳性
在绳索应用领域,耐疲劳性是一项重要的质量指标。通常绳索使用的材料为涤纶和
锦纶,与它们相比,超高分子量聚乙烯纤维不仅强度高、模量量,还有着良好的抗弯曲
疲劳能力,具有长挠曲寿命,这与其低压缩屈服应力有关。因为聚乙烯的自润滑性,超
高分子量聚乙烯纤维制成的绳索也具有很好的耐磨性能
4.高强高膜聚乙烯纤维的主要用途
4.1绳缆
由于超高分子量聚乙烯纤维高强力,高模量,耐腐蚀,耐磨损,耐光照,柔韧
性好,其用于制作绳索是一种非常优秀的材料。因为其密度为0.98g/cm3,能够漂
浮在水上,在水中的自由断裂长度为无限长,因此尤其适用于海洋用绳。随着我国
经济发展水平的提高,高性能船用绳缆必将逐步替代现有普通船缆。在许多低温应
用领域,如航天降落伞,飞机悬吊重物的绳索,高空气球的吊索等,超高分子量聚
乙烯纤维绳缆也是首选。
4.2安全防护
超高分子量聚乙烯纤维与树脂复合材料的抗冲击韧性非常好,具有较强的比冲
击吸收能量,分别是玻璃纤维复合材料、芳纶及碳纤维的1.8倍、2.6倍及3倍。
因此该种复合材料在防冲击吸能领域具有非常好的应用。例如用于防弹的避弹衣、
头盔、复合装甲等;用于安全生产的防切割手套,护具,防冲击板材等;用于高危环
境下的防冲击护具,如警用防刺服,矿工防砸头盔等。随着世界热点地区的紧张局
势加剧及该纤维生产生产成本下降,民间消费水平的提高,该纤维在防冲击吸能领
域有着非常好的发展前景。
4.3渔业
目前,合成纤维已成为制作渔网的最普遍的材料。在网线
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