相对超高分子质量聚乙烯纤维UHMWPE FIBER， HSHMPE FIBER (一) 超高分子量聚乙烯原料的结构性能(二) 冻胶纺丝原理(三) 超高分子量聚乙烯纤维的制备冻胶纺丝的技术路线、加工技术及原理1） 原料的选择2）均质溶液的制备3）初生冻胶原丝的形成4）冻胶原丝的萃取5）萃取冻胶丝的干燥处理6）干冻胶丝条的超倍热拉伸 （四）超高分子量聚乙烯纤维的后加工（五）超高分子量聚乙烯纤维的改性及新进展高强高模高分子纤维的概念科学家和工程技术术人员员一直想制备备出合成高强高模纤维纤维 。这这种纤维纤维的分子量要足够够大，分子链应该链应该 是紧紧密堆砌，并且严严格沿纤维纤维 方向完美排列H. StaudingerH. Staudinger, in , in Die Hochmolekularen Organischen VerbindungenDie Hochmolekularen Organischen Verbindungen, Springer-Verlag, Berlin, 1932, pp , Springer-Verlag, Berlin, 1932, pp 111.111.FiberFiberAxis Axis n n而这种结构模型只有在二种极端情况下才能实现而这种结构模型只有在二种极端情况下才能实现 ，即非常刚性的分子和柔性的分子。，即非常刚性的分子和柔性的分子。刚性分子不易折叠，分子会自然充分伸展，加工刚性分子不易折叠，分子会自然充分伸展，加工 过程中沿作用力方向择优取向，形成平行链，特过程中沿作用力方向择优取向，形成平行链，特 别是如果分子间作用力很强别是如果分子间作用力很强, ,形成液晶单元；另一形成液晶单元；另一 个极端是非极性的柔性链高分子，由于分子间作个极端是非极性的柔性链高分子，由于分子间作 用力非常小，容易伸展并取向用力非常小，容易伸展并取向, ,如聚乙烯。如聚乙烯。然而，然而，实际实际实际实际 的的发发发发展展 是非常是非常缓缓缓缓慢的。慢的。7070 年代和年代和8080年代初，年代初， 杜邦和帝斯曼公司杜邦和帝斯曼公司 才商才商业业业业化开化开发发发发出芳出芳 香族聚香族聚酰酰酰酰胺和超高胺和超高 分子量聚乙分子量聚乙烯纤维烯纤维烯纤维烯纤维 。纤维强度的发展历史纤维强度的发展历史纤维模量的发展历史室温下几种材料的杨氏模量材料 杨氏模量(GPa)橡胶14)NaOH(PH14) 汽油汽油 煤油煤油 二甲苯二甲苯 三卤乙烷三卤乙烷A A A A A A A A A A A A B B A A A A A A A AA A A A C C C C A A B B C C A A A A B B A A热 性 能n n普通聚乙烯纤维的熔点为普通聚乙烯纤维的熔点为134134左右，左右，UHMW-PEUHMW-PE 纤维的熔点比其高纤维的熔点比其高10102020。所测的熔点值与施加。所测的熔点值与施加在被测纤维上的张力有关，张力愈大熔点愈高，如在被测纤维上的张力有关，张力愈大熔点愈高，如 在硅油中自由收缩时测得的熔点为在硅油中自由收缩时测得的熔点为144144，用环氧，用环氧 树脂包合纤维时测得的熔点为树脂包合纤维时测得的熔点为155155。纤维力学性。纤维力学性 能与使用加工温度有关，在能与使用加工温度有关，在8080温度下，强度、模温度下，强度、模 量约下降量约下降3030，在低温（一，在低温（一3030）下强度和模量随）下强度和模量随 之升高。经热处理（之升高。经热处理（130130，3 3h h）后，强度和模量后，强度和模量 均为未经处理纤维的均为未经处理纤维的8080。 其 它n nUHMW-PEUHMW-PE纤维在高温和张力下使用会发生蠕变纤维在高温和张力下使用会发生蠕变。蠕变行为的大小与冻胶纺丝中使用的溶剂种类。蠕变行为的大小与冻胶纺丝中使用的溶剂种类有关，若使用的溶剂为石蜡油、石蜡，则由于溶有关，若使用的溶剂为石蜡油、石蜡，则由于溶剂不易挥发易残存于纤维内，蠕变倾向显著；而剂不易挥发易残存于纤维内，蠕变倾向显著；而用挥发性溶剂十氢萘时，则所得纤维的蠕变性能用挥发性溶剂十氢萘时，则所得纤维的蠕变性能 极大地改善。高强高模极大地改善。高强高模PEPE纤维在纤维在8080、500500MPaMPa张力时的蠕变行为。张力时的蠕变行为。n nUHMWUHMWPEPE纤维除具有上述性能外，还具有其纤维除具有上述性能外，还具有其它优异的物性。它优异的物性。 （六）超高分子质量聚乙烯纤维及制品的应用 n n目前，世界上强力最高的高性能纤维材料目前，世界上强力最高的高性能纤维材料UHMW-PEUHMW-PE 纤维因其比强度、比模量高，在现代化战争和宇航、纤维因其比强度、比模量高，在现代化战争和宇航、 航空、航天、海域、防御装备等方面发挥了举足轻重航空、航天、海域、防御装备等方面发挥了举足轻重 的作用。同时，也促进了各相关支柱产业的高新技术的作用。同时，也促进了各相关支柱产业的高新技术 的开发研究。的开发研究。n nUHMWUHMWPEPE纤维具有良好的纺织加工性能，适用于机纤维具有良好的纺织加工性能，适用于机 织、针织、编织、无纺织物及复合增强等加工。在该织、针织、编织、无纺织物及复合增强等加工。在该 纤维的应用加工过程中应注意以下一些技术关键。纤维的应用加工过程中应注意以下一些技术关键。2.3.2 主要产品及应用高强纤维和板材n nSpectra Fiber 900 Spectra Fiber 1000Spectra Fiber 900 Spectra Fiber 1000n nSpectra Fiber 2000Spectra Fiber 2000n nSpectra Guard Engineered YarnSpectra Guard Engineered Yarnn nSpectra Guard CX Engineered YarnSpectra Guard CX Engineered Yarnn nSpectra Shield LCRSpectra Shield LCRn nSpectra Shield PCRSpectra Shield PCRn nSpectra Shield Plus LCR Spectra Shield Plus LCR n nSpectra Shield Plus PCRSpectra Shield Plus PCRn nSpectra Shield Plus FlexSpectra Shield Plus Flexn nSpectra Shield FlexSpectra Shield Flexn nGold FlexGold FlexSpectra fiber 900 的物理性能总纤度总纤度650650650650120012001600160048004800断裂强度断裂强度 g/den g/den 282830.530.53030272725.525.5模量模量 g/deng/den775775920920850850718718785785伸长伸长 %4.14.13.63.63.93.94.44.43.93.9密度密度 g/cmg/cm3 3 0.970.970.970.970.970.970.970.970.970.97长丝丝束长丝丝束 束束60606060120120150150480480长丝长丝 dpfdpf10.810.810.810.810.710.710.010.010.010.0Spectra Fiber 1000的物理性能强度比 900高1520 总纤度总纤度2152152752755505501100110013001300断裂强度断裂强度 g/den g/den 282830.530.5303027273535模量模量 g/deng/den77577592092085085071871811501150伸长伸长 %2.92.93.13.13.33.33.33.33.43.4密度密度 g/cmg/cm3 3 0.970.970.970.970.970.970.970.970.970.97长丝丝束长丝丝束 束束60606060120120240240240240长丝长丝 dpfdpf3.63.64.64.64.64.64.64.65.45.4应用：应用：n n军、警用防弹背心及头盔；军、警用防弹背心及头盔；n n装甲车及装甲飞机；装甲车及装甲飞机；n n渔线和商业用渔网；渔线和商业用渔网；n n工业化绳索及吊索；工业化绳索及吊索；n n其他运动器械；其他运动器械；n n防割产品。防割产品。Spectra Fiber 2000的物理性能总纤度总纤度7575100100130130180180195195断裂强度断裂强度 g/den g/den 414139393838383837.537.5模量模量 g/deng/den1450145014501450132013201350135013201320伸长伸长 %2.92.93.03.02.82.82.92.92.92.9密度密度 g/cmg/cm3 3 0.970.970.970.970.970.970.970.970.970.97长丝丝束长丝丝束 束束40404040404050506060长丝长丝 dpfdpf1.91.92.52.53.33.33.63.63.33.3Spectra Fiber 2000是Spectra纤维系列中最新的品种，它的开发为装甲车 、航空宇宙和高性能要求的运动物品提供特级、超强和超低重量的纤维。应用：柔软且超轻分子量的警用和军用防弹背心；航空特殊用途，包括雷达屏蔽；特级渔线和风筝线。Honeywell第二代软质软质 盔甲方面的应应 用，是把已申请专请专 利的Spectra纤纤 维维同Shield技术结术结 合生产产出来的。它 比Spectra Shield LCR纤维纤维 要轻轻25 ，Spectra Shield Plus LCR是一种由 两层层相互交叉（0/90）定向的 Spectra聚乙烯长链纤维烯长链纤维 和中间夹间夹 层热层热 塑性膜组组成的。应应用：军军用软质软质 防弹弹盔甲。产产品特性：质轻质轻 、柔软软的防弹弹性能 可以抵抗多方面的冲击击；对对潮湿及 化学药药品有很强的抵抗力；优优异的 防弹弹抗力；对对多角度子弹弹的冲击击抗 力。Spectra Shield Plus LCR（七）UHMWPE纤维的发展前景n nUHMWUHMWPEPE纤维具有诸多的优异特性，在很多纤维具有诸多的优异特性，在很多高新技术领域被引起极大的注目，特别在轻质高新技术领域被引起极大的注目，特别在轻质高强复合材料应用领域中发挥着举足轻重的作高强复合材料应用领域中发挥着举足轻重的作用。但因该纤维存在熔点低、与聚合物基体粘用。但因该纤维存在熔点低、与聚合物基体粘结性能差、蠕变等缺陷，限制了它在某些领域结性能差、蠕变等缺陷，限制了它在某些领域的应用。为了改进这些不足，拓宽该纤维的应的应用。为了改进这些不足，拓宽该纤维的应用，开展了以下方面的研究工作。用，开展了以下方面的研究工作。（1）提高耐热性、耐蠕变性n n通过交联（化学交联或物理交联）可提高聚合物通过交联（化学交联或物理交联）可提高聚合物 的耐热、耐磨和耐蠕变性。如用高辐射能进行改的耐热、耐磨和耐蠕变性。如用高辐射能进行改 性，辐射使分子链之间产生横向交联，如