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高性能纤维——超高分子量聚乙烯

来源: 时间:2020-11-18 10:06:42 浏览次数:

超高分子量聚乙烯纤维(英文全称:Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber,简称UHMWPE),又称高强高模聚乙烯纤维,是目前世界上比强度和比模量高的纤维,其分子量在100万~500万的聚乙烯所纺出的纤维。
谈起高性能纤维,就不得不说起这种纤维——超高分子量聚乙烯。超高分子量聚乙烯纤维(英文全称:Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber,简称UHMWPE),又称高强高模聚乙烯纤维,是目前世界上比强度和比模量高的纤维,其分子量在100万~500万的聚乙烯所纺出的纤维。
1简介
 当今世界三大高性能 纤维是:芳纶、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维,当前由于技术问题芳纶仅有小量生产;碳纤维尚处在试验和初级生产阶段,产品只能应用在耐磨填料等领域;超高分子量聚乙烯纤维在1994年同益中突破关键性生产技术以来,现已经在国内形成多个超高分子量聚乙烯纤维产业化生产基地。
2性能
1、高比强度,高比模量。 比强度是同等截面钢丝的十多倍,比模量仅次于特级碳纤维。
2、纤维密度低,密度是0.97-0.98g/cm,可浮于水面。3 、断裂伸长低、断裂功大,具有很强的吸收能量的能力,因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。4、抗紫外线辐射,防中子和γ射线,比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。5、耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。    
3生产流程
超高分子量聚乙烯纤维的主要生产工序如下: 原料的制备——双螺杆挤压机——纺丝箱——喷丝板——萃取——干燥——加热牵伸——卷绕成型。
制备原料
常规熔融纺是不加溶剂的。因生产是连续化的,所以原料的配比不能有波动,要求始终均匀一致。虽然含固量的提高,是提高产量的重要手段之一,但拉伸比也随之提高,整体车速都要响应加快,增加了操作难度,毛丝的产生量相比明显增多,不易把握。
搅拌物料
螺杆挤压机对物料起着输送—搅拌—加热—加压等作用。
纺丝
纺丝箱的作用主要是保温;控温;均匀的将物料分配到每一个纺丝组件。
喷丝
由计量泵将物料挤压变为丝条,就是通过喷丝板实现的,板的孔径大小及刨面形状是它的重要技术参数,它对纤维的成型及拉伸性能的好坏,起着至关重要的作用。
萃取
主要是将丝条中大量的溶剂萃取、置换出来,从而得到“纯”度的高强度聚乙烯纤维。
干燥
干燥工序,主要目的是将粘于丝条上的萃取剂祛除烘干,以备牵伸之用。干燥温度和干燥长度的把握是其关键所在。此工序不可小视,它直接关系到后牵伸的产品质量。
加热牵伸
此纤维必须采取多级牵伸方式,才能达到高强、高模的特性。每一级欠牵伸过程中,分子间结构都有很大的变化。随着拉伸,大分子间由无序状向有序状,定向排列,结晶度也随之逐渐提高。只有在纤维的大分子沿纤维轴向的取向度提高,大分子链产生的数量就多,抱合力就越大,纤维的强力自然也就越高。纤维的结晶度提高,初始模量也自然提高,纤维在抗外力的作用下,伸长越小,变形量也越小。
卷绕成型
丝卷成型的要求:丝筒无塌边,无毛边,丝束要定长,定重。
4应用前景       
国防方面
由于该纤维的耐冲击性能好,比能量吸收大,在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料,如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防刺衣、盾牌等
航空方面
在航天工程中,由于该纤维复合材料轻质高强和抗冲击性能好,适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。该纤维也可以用作航天飞机着陆的减速 降落伞和飞机上悬吊重物的绳索,取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索,其发展速度异常迅速。
民用方面
绳索、缆绳方面的应用;该纤维及其复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板等;建筑方面可以用作墙体、隔板结构等,用它作增强水泥复合材料可以改善水泥的韧度,提高其抗冲击性能。
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