1、LOGO先進高分子材料之先進高分子材料之 超高分子質量聚乙烯纖維超高分子質量聚乙烯纖維njnu-sj什么是先進高分子材料？什么是先進高分子材料？v “先進高分子材料”是指具有相對獨特物理化學性能、適宜在特殊領域或特定環境下應用的，節能環保，新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新能源汽車等戰略性新興產業發展急需的，國計民生需要且市場短缺的各類新型高分子合成材料，或傳統高分子材料中的特殊品種。先進高分子材料的種類先進高分子材料的種類先進高分子材料特種合成橡膠高端工程塑料特種合成纖維其他功能性高分子材料特種合成纖維特種合成纖維v 主要包括芳綸、超高分子質量聚乙烯纖維、聚苯硫醚纖維、聚酰亞胺纖

2、維等4個品類。超高分子質量聚乙烯纖維超高分子質量聚乙烯纖維超高分子質量聚乙烯纖維的發展史超高分子質量聚乙烯纖維的生產技術超高分子質量聚乙烯纖維的特殊性能超高分子質量聚乙烯纖維的應用超高分子質量聚乙烯纖維的展望超高分子質量聚乙烯纖維超高分子質量聚乙烯纖維v 超高分子量聚乙烯纖維(英文全稱： Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber， 簡稱UHMWPE)，又稱高強高模聚乙烯纖維，是目前世界上比強度和比模量 最高的纖維，其分子量在100萬500萬的聚乙烯所紡出的纖維。它與碳纖維、芳綸并稱為當今世界3大高科技纖維。發展史發展史DSM公司Honeywe

3、ll公司SANSEI公司技術技術 荷蘭荷蘭 美國美國 日本日本發展史發展史v 中國紡織科學院于上世紀80年代年開展了超高分子量聚乙烯纖維生產工藝的研發工作，并取得中國專利，90年代東華大學也加入研發行列，并于1999年宣布研發成功，2000年，正式進入商業化生產階段。近年來，在國內相關科研單位及生產商的不斷努力下，我國UHMWPE纖維的生產技術及產量都取得了相當大的進步。很多廠家生產的UHMWPE纖維被廣泛應用于國防產品并出口國外，有的產品還取得了相當好的國際聲譽。發展史發展史特殊性能特殊性能v 密度低(097)、比強度高、比模量高，而且能量吸收性能和阻尼性能比KeVlar纖維（凱夫拉，是杜邦

4、公司發明并生產的一種高性能纖維的注冊商標，也是杜邦公司引以自豪的著名品牌）優越，彌補了高性能的碳纖維、碳化硅纖維等斷裂應變小的弱點。在現代化戰爭和宇航、航空、航天、海域防御裝備等領域發揮著舉足輕重的作用。特殊性能特殊性能v1、優良的力學性能 超高分子質量聚乙烯纖維的密度為0.97，只有芳綸纖維的23和高模碳纖維的12，而軸向拉伸性能很高。其比拉伸強度是現有高性能纖維中最高的，比拉伸模量除高模碳纖維外也是很高的，較芳綸纖維高得多。特殊性能特殊性能v2、優良的耐沖擊性能 UHMW-PE纖維是玻璃化轉變溫度低的熱塑性纖維韌性很好，在塑性變形過程中吸收能量，因此，他的復合材料在高應變率和低溫下仍具有良

5、好的力學性能，抗沖擊能力比碳纖維、芳綸纖維及一般玻璃纖維復合材料高。特殊性能特殊性能v3、優良的耐化學腐蝕性 UHMWPE纖維具有高度的分子取向和結晶，具有良好的耐溶劑溶解性能。特殊性能特殊性能v4、優越的耐磨性能 材料的耐磨性一般隨模量的增大而降低， 但UHMW-PE纖維而言，則相反。這是因為該纖維的摩擦系數低所致。其耐磨性和彎曲疲勞也比芳綸纖維高，適合做繩索。特殊性能特殊性能v5、良好的電絕緣和耐光性能 UHMW-PE纖維增強復合材料的介電常數和介電損耗值低，反射雷達波很少，對雷達波的透射率高于玻璃纖維復合材料，適用于制造各種雷達罩。 經各種纖維耐光性比較，UHMW-PE纖維的耐光性是最好

6、的。經過1500h的光照之后，纖維的強度保持率還有60左右，而其他纖維均在50以下。特殊性能特殊性能v6、優異的自潤滑性 利用納米技術對其進行改性，可以大幅度減少UHMW-PE分子鏈的纏結，起到了自潤滑作用。自身滑動性能優于用于潤滑的碳鋼或黃銅。特別是在環境惡劣、粉塵、泥沙多的地方，UHMW-PE制品的自身潤滑性更充分地顯示出來。不但能運動自如，且保護相關工件不磨損或拉傷。特殊性能特殊性能v6、 對生物無毒性 UHMW-PE制品是少數幾種對生物完全無毒、無味、無嗅的塑料制品，符合國家安全衛生標準。直接用于食品機械、醫藥行業可替代昂貴的不銹鋼管輸送物料，特別適用于制作人工關節、骨骼等。特殊性能特

7、殊性能v7、 表面非附著性 UHMW PE制品由于摩擦系數小和無極性，因此具有很好的表面非附著性。現有的材料一般在pH值9以上的介質中均會結垢，UHMW-PE制品則不結垢，這一特性對火電站用于排粉煤灰系統有重大意義。在原油、泥漿等輸送管道方面也非常適用。生產技術生產技術v UHMW PE纖維是選用高相對分子質量聚乙烯為原料來制備的。隨著聚乙烯相對分子質量的提高，熔體粘度劇增，所以無法用通常的熔融紡絲方法來制備纖維。1970年代以來，國際上先后出現了高壓固態擠出法 、增塑熔融紡絲法 、表面結晶生長法 、超拉伸或局部超拉伸法、凝膠紡絲拉伸法等幾種UHMWPE纖維的制備技術。生產技術生產技術v1、表

8、面結晶生長法 這種加工高強高模聚乙烯纖維的著名方法稱為TipContact法。該法是通過旋轉在濃度為0.5 的UHMWPE稀溶液中的轉子，從而連續地得到在轉子表面生長的纖維狀晶體。由于該法纖維狀晶體的生長速度慢而難以工業化。生產技術生產技術v2、 高壓固態擠出法 高壓下將熔融的UHMW PE從錐形噴孔中擠出，隨即進行高倍拉伸。在高剪切應力和拉伸張力的作用下，使UHMWPE大分子鏈充分伸展，以此來改善纖維的強度，但高壓固態擠出的方法也很難工業化生產。生產技術生產技術v3、 增塑熔融紡絲法 加入適量流動改性劑或稀釋劑將UHMWPE紡成纖維的方法一般通稱為增塑熔融紡絲方法。此法是在UHMWPE中加入

9、稀釋劑，UHMWPE與稀釋劑的混合比為20:8060:40，經雙螺桿熔融揉和， 再擠出紡絲。生產技術生產技術v4、凝膠紡絲熱拉伸法 該法是基TipContact法的原理而開發的。本法是將UHMWPE粉末(Mw一般為1106以上)以十氫萘、石蠟油或煤油為溶劑， 加適量抗氧化劑， 制成稀溶液， 經噴絲孔擠出后驟冷成凝膠原絲， 再對凝膠原絲進行萃取和干燥。生產技術生產技術v 在上述UHMWPE纖維的制備方法中，凝膠紡絲熱拉伸法已成為相對成熟的工業化生產的技術， 已商品化的Spectra纖維和Dyneema纖維都是采用此法制成的。應用應用v1、繩索、纜繩方面的應用 用該纖維制成的繩索、纜繩、船帆和漁具

10、適用于海洋工程，是UHMWPE纖維的最初用途。UHMWPE纖維具有輕質高強、使用周期長、耐磨、耐濕、斷裂伸長大等特性，用于超級油輪、海洋操作平臺、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強度降低和斷裂，需經常進行更換的問題。應用應用v2、 軍用上 由于UHMWPE纖維的耐沖擊性能好， 比能量吸收大，在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料， 如坦克防護板、雷達的防護外殼罩、導彈罩、防彈衣等，其中以防彈衣的應用最為引人注目。它具有輕柔的優點， 防彈效果優于芳綸， 現已成為占領美國防彈背心市場的主要纖維。應用應用v3、 航空航天方面的應用

11、在航天工程中， 由于UHMWPE纖維復合材料輕質高強和防撞擊性能好，適用于各種飛機的翼尖結構、飛船結構和浮標飛機等。UHMWPE纖維也可以用作航天飛機著陸的減速降落傘和飛機上懸吊重物的繩索，取代了傳統的鋼纜繩和合成纖維繩索，其發展速度異常迅速。應用應用v4、體育器材用品 在體育用品上已經制成安全帽、滑雪板、釣竿、球拍及自行車、滑翔板、超輕量飛機零部件等， 其性能較傳統材料為好。由于UHMWPE纖維復合材料比強度、比模量高，而且韌性和損傷容限好，制成的運動器械既耐用又能出好的成績。應用應用v5、用作生物材料 UHMWPE纖維增強復合材料用于牙托材料、醫用移植物和整形縫合等方面，它的生物相容性和耐久性都較好，并具有高的穩定性， 不會引起過敏， 已作臨床應用。還用于醫用手套和其他醫療措施等方面。應用應用v6、其它應用 工業上，UHMWPE纖維及其復合材料可用作耐壓容器、傳送帶、過濾材料、汽車緩沖板凳；建筑方面可以用作墻體、隔板結構等，用它作增強水泥復合材料可以改善水泥的韌度，提高其抗沖擊性能。展望展望v 超高