先進(jìn)高分子材料

1、LOGO先進(jìn)高分子材料之先進(jìn)高分子材料之 超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維njnu-sj什么是先進(jìn)高分子材料？什么是先進(jìn)高分子材料？v “先進(jìn)高分子材料”是指具有相對獨特物理化學(xué)性能、適宜在特殊領(lǐng)域或特定環(huán)境下應(yīng)用的，節(jié)能環(huán)保，新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備制造、新能源、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)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(tǒng)高分子材料中的特殊品種。先進(jìn)高分子材料的種類先進(jìn)高分子材料的種類先進(jìn)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(zhì)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(zhì)量聚乙烯纖維超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的發(fā)展史超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的生產(chǎn)技術(shù)超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的特殊性能超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的應(yīng)用超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的展望超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維超高分子質(zhì)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(dāng)今世界3大高科技纖維。發(fā)展史發(fā)展史DSM公司Honeywe

3、ll公司SANSEI公司技術(shù)技術(shù) 荷蘭荷蘭 美國美國 日本日本發(fā)展史發(fā)展史v 中國紡織科學(xué)院于上世紀(jì)80年代年開展了超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)工藝的研發(fā)工作，并取得中國專利，90年代東華大學(xué)也加入研發(fā)行列，并于1999年宣布研發(fā)成功，2000年，正式進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段。近年來，在國內(nèi)相關(guān)科研單位及生產(chǎn)商的不斷努力下，我國UHMWPE纖維的生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)量都取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。很多廠家生產(chǎn)的UHMWPE纖維被廣泛應(yīng)用于國防產(chǎn)品并出口國外，有的產(chǎn)品還取得了相當(dāng)好的國際聲譽。發(fā)展史發(fā)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(fā)明并生產(chǎn)的一種高性能纖維的注冊商標(biāo)，也是杜邦公司引以自豪的著名品牌）優(yōu)越，彌補了高性能的碳纖維、碳化硅纖維等斷裂應(yīng)變小的弱點。在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭和宇航、航空、航天、海域防御裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。特殊性能特殊性能v1、優(yōu)良的力學(xué)性能 超高分子質(zhì)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(xiàn)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(yōu)良的耐沖擊性能 UHMW-PE纖維是玻璃化轉(zhuǎn)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(fù)合材料在高應(yīng)變率和低溫下仍具有良

5、好的力學(xué)性能，抗沖擊能力比碳纖維、芳綸纖維及一般玻璃纖維復(fù)合材料高。特殊性能特殊性能v3、優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性 UHMWPE纖維具有高度的分子取向和結(jié)晶，具有良好的耐溶劑溶解性能。特殊性能特殊性能v4、優(yōu)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(shù)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(fù)合材料的介電常數(shù)和介電損耗值低，反射雷達(dá)波很少，對雷達(dá)波的透射率高于玻璃纖維復(fù)合材料，適用于制造各種雷達(dá)罩。 經(jīng)各種纖維耐光性比較，UHMW-PE纖維的耐光性是最好

6、的。經(jīng)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(yōu)異的自潤滑性 利用納米技術(shù)對其進(jìn)行改性，可以大幅度減少UHMW-PE分子鏈的纏結(jié)，起到了自潤滑作用。自身滑動性能優(yōu)于用于潤滑的碳鋼或黃銅。特別是在環(huán)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(hù)相關(guān)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(shù)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(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。直接用于食品機械、醫(yī)藥行業(yè)可替代昂貴的不銹鋼管輸送物料，特別適用于制作人工關(guān)節(jié)、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(shù)小和無極性，因此具有很好的表面非附著性?，F(xiàn)有的材料一般在pH值9以上的介質(zhì)中均會結(jié)垢，UHMW-PE制品則不結(jié)垢，這一特性對火電站用于排粉煤灰系統(tǒng)有重大意義。在原油、泥漿等輸送管道方面也非常適用。生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)技術(shù)v UHMW PE纖維是選用高相對分子質(zhì)量聚乙烯為原料來制備的。隨著聚乙烯相對分子質(zhì)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(xiàn)了高壓固態(tài)擠出法 、增塑熔融紡絲法 、表面結(jié)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(shù)。生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)技術(shù)v1、表

8、面結(jié)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(zhuǎn)在濃度為0.5 的UHMWPE稀溶液中的轉(zhuǎn)子，從而連續(xù)地得到在轉(zhuǎn)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(yè)化。生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)技術(shù)v2、 高壓固態(tài)擠出法 高壓下將熔融的UHMW PE從錐形噴孔中擠出，隨即進(jìn)行高倍拉伸。在高剪切應(yīng)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(tài)擠出的方法也很難工業(yè)化生產(chǎn)。生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)技術(shù)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(jīng)雙螺桿熔融揉和， 再擠出紡絲。生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)技術(shù)v4、凝膠紡絲熱拉伸法 該法是基TipContact法的原理而開發(fā)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(jīng)噴絲孔擠出后驟冷成凝膠原絲， 再對凝膠原絲進(jìn)行萃取和干燥。生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)技術(shù)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(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)， 已商品化的Spectra纖維和Dyneema纖維都是采用此法制成的。應(yīng)用應(yīng)用v1、繩索、纜繩方面的應(yīng)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(zhì)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(jīng)常進(jìn)行更換的問題。應(yīng)用應(yīng)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(hù)衣料、頭盔、防彈材料， 如坦克防護(hù)板、雷達(dá)的防護(hù)外殼罩、導(dǎo)彈罩、防彈衣等，其中以防彈衣的應(yīng)用最為引人注目。它具有輕柔的優(yōu)點， 防彈效果優(yōu)于芳綸， 現(xiàn)已成為占領(lǐng)美國防彈背心市場的主要纖維。應(yīng)用應(yīng)用v3、 航空航天方面的應(yīng)用

11、在航天工程中， 由于UHMWPE纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強和防撞擊性能好，適用于各種飛機的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)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(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩索，其發(fā)展速度異常迅速。應(yīng)用應(yīng)用v4、體育器材用品 在體育用品上已經(jīng)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(tǒng)材料為好。由于UHMWPE纖維復(fù)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(yīng)用應(yīng)用v5、用作生物材料 UHMWPE纖維增強復(fù)合材料用于牙托材料、醫(yī)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(wěn)定性， 不會引起過敏， 已作臨床應(yīng)用。還用于醫(yī)用手套和其他醫(yī)療措施等方面。應(yīng)用應(yīng)用v6、其它應(yīng)用 工業(yè)上，UHMWPE纖維及其復(fù)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(jié)構(gòu)等，用它作增強水泥復(fù)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