2021年超高聚乙烯纤维(1).ppt

1979 年荷兰DSM 公司采用凝胶纺丝与超倍拉伸方法在实验室制得了高强高模UHMWPE 纤维，1990年实现工业化生产。
日本东洋纺公司于1991年根据DSM的专利技术建厂，市场和产能不断扩大。
美国联合信号公司1995年开发成功Spectra纤维，模量较高，1998年产能翻番。
日本三井石化公司效率高，但残余溶剂难以彻底萃取掉，蠕变较大，市场竞争力不强。
我国已有两家企业可生产出强度高于35cN/dtex的品种，产能也日益提高，市场前景十分广阔。
超高聚乙烯纤维(1)
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（1）应用
宇航，航天，航空，战争装备等：航天航空结构件、雷达罩、运钞车防弹装甲、直升机防弹装甲；
织物防护系列：软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、防护手套、防切割用品；
绳缆索网线类：舰艇及远洋船舶缆绳、轻质高压容器、深海抗风浪网箱、渔网、赛艇、帆船、滑雪撬等的理想材料。
无纺织物类：防弹背心
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复合材料类：
环氧树脂是纤维增强高聚物复合材料的主要基体材料，也是超高模聚乙烯纤维增强复合材料的重要基体。
聚乙烯基UHMWPE纤维增强复合材料
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（2）前景及研究方向
由于UHMWPE 纤维性能优异,应用潜力巨大, 受到了国内外的普遍关注。
UHMWPE 纤维今后研究及应用的发展趋势为:继续研究新的纺丝方法,提高生产效率,降低成本;提高UHMWPE 纤维的结晶度和取向度,提高力学性能;继续研究切实可行的表面处理方法,降低蠕变性能,扩大UHMWPE 纤维在航空航天、光缆增强纤维、复合材料、耐压容器等方面的应用。总之,UHMWPE 纤维是很有发展及应用潜力的高科技纤维,加强这方面的研究工作,开创属于我们自己知识产权的新技术、新成果,必将对我国的国防及经济建设等方面作出大的贡献。
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聚乙烯是柔性链半结晶的高聚物，而且是层晶结构，可以通过
高拉伸率的凝胶纺丝法或挤拉法纺丝，由于聚乙烯无庞大侧
基，结晶度好，能进行高倍拉伸，可制成有序取向伸直链的高
模聚乙烯纤维。
原料：高分子量线性聚乙烯
制备方法：凝胶法（溶液纺丝）
熔融纺丝法
关键技术：高倍拉伸
橡胶弹性理论：交联点之间的统计链节数越大，可拉伸倍数越大。
要求：降低分子之间的缠结点密度
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凝胶纺丝- 超倍拉伸法
原理：把超高分子量的聚乙烯( PE)溶解于溶剂（十氢化萘等）制成浓度为2 %～10 %的纺丝液,从喷丝孔喷出,低温下凝固成含有大量溶剂的凝胶状丝条,被形象的称作凝胶纺丝,再对凝胶状丝条除去溶剂后进行超倍热拉伸,得到了高强高模PE 纤维。
目的：在于使相互缠结的UHMWPE 分子在溶剂中舒展解缠,纺成直径为几个厘米的凝胶状丝条,分子的这种舒展解缠状态在凝胶状丝条中得以保持,然后经过数百倍的多级拉伸得到纤度为200dtex～5000dtex 的高强高模UHMWPE 纤维。

从微观结构上看超倍拉伸后的纤维大分子沿纤维轴方
向得到了充分的舒展和伸直,取向度和结晶度显著提高,
大分子的末端数少,从而实现了UHMWPE 纤维的高强高
模。
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凝胶法所选溶剂：
十氢化萘溶剂
矿物油溶剂
石蜡溶剂
乳化混合油剂
煤油、汽油等溶剂
采用干湿法，即原液自喷丝孔喷出以后，先经过一段几厘米的空气层，在进入凝固浴冷却成型。
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影响纺丝成型的因素：
溶液的浓度：溶液太稀，虽然大分子间缠结
少，易保持原有形态，但拉伸速度很慢，不利
于伸展；浓度较大，缠结点太多，同样无法达
到高倍拉伸的目的
因此适宜的浓度：半稀状态，%--10%
左右。
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超倍拉伸：
在拉伸初始阶段，高聚物的结晶层破坏成为小结晶块，
它们沿着拉伸方向与无定形区交替形成微纤维，在原结
构中连结着不同层晶的连结分子，变为晶块间的连结分
子，位于微纤维的边界层。进一步拉伸时，微纤维产生
剪切变形，同时完全伸直的连结分子数增加，在较高的
拉伸温度下，排列整齐的连结分子，可能结晶化为长的
伸直链结晶。它的分子结构是具有-c—c-主链化学键，主
键间具有很高的结合强度。分子的取向程度控制HMPE
纤维的模量。
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在拉伸初期结晶度随拉伸倍数的增加呈直线上升，当拉