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18. 其他高性能增强材料 超高分子量聚乙烯纤维 硼纤维 SiC 纤维 氧化铝 颗粒增强 2 聚乙烯纤维( 聚乙烯纤维( Polyethylene, PE Polyethylene, PE ) ) 分子量 100 万以上, -(CH 2 -CH 2) n- 密度: ~ 3热变形温度 85℃,熔点 130 ~136 ℃。具有优异的综合性能,它的耐磨损、耐低温、耐腐蚀、自润滑、抗粘附、抗冲击性能等均列塑料之首,被称为“神奇的塑料”。超高分子量聚乙烯 3 ?常规的聚乙烯纤维,其结构内的大分子多为折叠式结构。?假设:在纺丝加工过程中,如果能使折叠的大分子伸直,并结晶化、取向化,就有可能使聚乙烯纤维的强度和模量提高。 聚乙烯纤维( 聚乙烯纤维( Polyethylene, PE Polyethylene, PE ) ) 折叠 4 1)20世纪 30年代提出超强聚乙烯基础理论。 2)20世纪 70年代初,英国 Leeds 大学 教授采用熔融纺丝法得到了中强聚乙烯纤维, 转让给美国 Celanese 公司及意大利的 Snia 公司,这两个公司分别推出 Certran (梭穿)和 Tenfor (推福)商品名的超高分子量的聚乙烯纤维 3)1979 年荷兰 DSM 公司发明了凝胶纺丝法并申请专利; 同期日本三井石油化学公司开发了增塑纺丝法。开始了高强聚乙烯纤维的生产。 4)1990 年开始商业化生产。 5)1998 年宁波大成化纤集团公司、中国石化总公司与中国纺织大学材料学院联合研制成超高强高模聚乙烯纤维。 聚乙烯纤维( 聚乙烯纤维( Polyethylene, PE Polyethylene, PE ) ) 5 国外超高分子量聚乙烯性能 89 98 107 116 79 101 116 2700 3000 3400 3600 2400 2910 3000 Dyneema SK60 SK65 SK75 SK76 Spectra 900 1000 2000 荷兰 DSM 美国 Alliedgna l 断裂伸长% 弹性模量 GPa 拉伸强度 MPa 密度 g/cm 3牌号生产公司 6 聚乙烯纤维( 聚乙烯纤维( Polyethylene, PE Polyethylene, PE ) ) 聚乙烯纤维作为目前国际上最新的国际上最新的一种有机纤维,它具有以下四个特点: 超轻超轻、高比强度高比强度、高比模量高比模量、成本较低。 7 超高强 PE纤维加工方法?为了制备高强度的聚乙烯纤维,最重要的是减少分子末端、分子之间、分子本身的缠结和折叠,使大分子处于伸直的单相结晶状态。?从另外一方面说,为了增加纤维的强度,应采用较高分子量的聚乙烯,而分子量的增加,大分子的缠结和纠缠程度也会增大,因此在纺丝过程中熔体粘度很高,采用常规熔融纺丝技术很难纺丝成形。?利用超拉伸技术可以使折叠的聚乙烯大分子伸直,并具有结晶化结构,使纤维性能得到根本的改善。 8 超高强 PE纤维加工方法?常用方法:?纤维状结晶生长法: 将 UHMW-PE 二甲苯溶液加入两个套着圆筒的间隙中,在结晶温度下慢慢旋转内筒,一边将结晶种子从侧面细管中加入,当它与内筒接触时,便生成聚合物结晶,并以结晶生长相同的速度拉出纤维。?粗单晶拉伸法: 将 UHMW-PE 稀溶液( -% )等温结晶, 进行 100 倍以上超拉伸( 110-130 ℃拉伸 320 倍) 9 超高强 PE纤维加工方法?常用方法:?凝胶纤维超拉伸法: 荷兰矿业公司将 UHMW-PE 溶于加入氢化萘的石蜡中,形成纤维后在 90-150 ℃经30倍以上拉伸?英国利兹大学拉伸法: 用普通的聚乙烯熔体纺丝,然后拉伸极高模量的聚乙烯纤维 10 超高强 PE纤维加工方法是比较常用的高强聚乙烯纤维的制备方法。?以高达 100 万以上的拉伸链 PE 为原料,溶于矿物油类的溶剂中,采用凝胶纺丝法得到纤维, 再进行超长拉伸。?超拉伸过程使纤维的取向度和结晶度大大增加, 从而改善了纤维的力学性能。?冻胶纺丝-超拉伸法: