超高相对分子质量聚乙烯纤维

《超高相对分子质量聚乙烯纤维》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、浅谈超高相对分子质量聚乙烯纤维温乐斐10103638复材1011前言通常条件下聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、脂肪族聚酰胺及聚酯等柔性成纤聚合物在熔融或溶液纺丝成形及后处理过程中，大分子多呈折叠结构，只能制成满足一般要求的化学纤维。1975年荷兰DSM公司以十氢萘为溶剂，采用凝胶纺丝-超拉伸技术试制出具有优异抗张性能的超高相对分子质量聚乙烯（UHMW-PE）纤维，打破了只能由刚性高分子制取高强高模纤维的传统局面。超高相对分子质量聚乙烯纤维具有轻质高强、高模量、耐试剂侵蚀、抗氧化、透波性好、高韧性、优良的自润滑性等优点，故而在航天航空、军事工业等重要部门得到广泛应用。用Zie

2、gler-Natta催化剂加上低压聚合技术制得的线性高密3度聚乙烯，其相对分子质量大于100万，密度为0.96~0.98g/cm，结构规整、易结晶，晶体强度的理论值为31GPa，结晶模量的理论值为316Gpa，晶格中分子链呈平面锯齿状。目前国外UHMW-PE纤维的主要生产厂家包括DSM公司、Honeywell公司、DSM-东洋纺公司、三井石化公司等，总产量约3000t。世界UHMWPE纤维的需求约为1．244×10～1.5×10t，每年可望以5％的速率增长。国内在UHMW-PE纤维方面的研究始于20世纪80年代，先后由中国纺织科学研究院、中国纺织大学（现东华大学）、天

3、津纺织工学院（现天津工业大学）、总后勤部军需装备研究所、北京合成纤维技术研究所等单位完成了小试工作。目前在我国浙江、江苏、湖南和北京等地先后建成具有数十到数百吨/年规模的纤维生产线，为UHMW-PE纤维的国产化奠定了基础。随着生产技术的发展，从而使得UHMW-PE纤维应用领域也越来越广。表1为国内外凝胶纺丝法生产UHMW-PE纤维性能情况:2UHMW-PE纤维的制备从分子结构角度考虑，最接近理论极限强度的聚合物是高密度线性聚乙烯，其分子具有平面成锯齿形的简单结构，没有大体积的侧基、结晶度好、分子链间无较强的结合键，这些结构特征可以大大减少缺陷的产生，是顺利进行高倍拉伸

4、的关键。当纤维的大分子链完全伸展，并沿纤维轴伸直平行取向时，纤维的极限强度是大分子链极限强度的加和分子链的极限强度可由分子链上碳-碳原子间的共价键强度和分子截面积计算得到。根据Peterlin形态结构模型，用常规纺丝法制得的纤维中，微原纤由折叠链中片晶和非晶区交替排列呈串联的连接方式，要提高纤维的强度和模量就必须增加非晶体的缠结分子数。在拉伸力的作用下，非晶区的大分子逐渐被拉直形成缠结分子，晶区的折叠链逐渐伸展成伸直链，纤维的微观结构向单一的伸直链结晶结构过渡，使纤维的强度和模量向理论值靠拢。因此UHMW-PE的生产方法主要有凝胶纺丝法和熔体挤出法。其它正在研究开发的

5、制法还有：纤维状结晶成长法；单结晶超拉伸法；处理聚合物的超拉伸法；局部交联超拉伸法等。目前已工业化的全都采用凝胶纺丝-超倍拉伸工艺，过程主要包括：溶解、凝胶原丝成形、去溶剂、拉伸。纤维的生产过程中，溶剂的选择尤其重要。目前常用的溶剂主要是十氢萘、石蜡油、煤油等。3UHMW-PE纤维的结构通常，纤维的力学性能取决于大分子主链中最弱的键合。碳-碳双键和叁键的o0键强都高于单键。对碳-碳键而言，单键、双键和叁键的键角分别为112、122和0180，显然含不饱和键的分子有利于制成高性能成纤聚合物，但合成含不饱和键的高相对分子质量聚合物的技术难度较大。同样，如果每个大分子的横截

6、面积越小，即单位纤维横截面积上所能容纳的分子数量越多，则所得纤维的抗张性能越好。因此，作为高性能成纤聚合物，大分子线性化和具有横截面对称性是必要的。UHMW-PE纤维的高强高模特性来源于它本身的超高相对分子质量、沿轴向高度取向和完善的晶体。UHMW-PE纤维的大分子链高度取向、高度结晶，纤维内晶区及非晶区的大分子充分伸展，形成部分伸直链结构；折叠链、伸直链结构共存，具有典型的串晶结构；非晶区内含有大量的张紧缚结分子，内仅含有少量链端、扭曲等缺陷，并散布于纤维中。含有张紧缚结分子的非晶区部分是影响力学性能的关键部分。4UHMW-PE纤维的性能UHMW-PE纤维具有很高的

7、轴向比拉伸强度和模量，而且能量吸收性能和阻尼性能比芳纶优越，并且也弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等断裂应变小的弱点。UHMW-PE纤维在目前所有合成纤维中强度和耐磨性是最高的，同时还具备最高的冲击强度。据文献报道，其耐冲击性比聚甲醛高14倍，比ABS高3倍，是芳纶和碳纤维复合材料的3倍。表2是几种高性能纤维的力学性能比较。5UHMW-PE的改性研究UHMW-PE纤维具有突出的耐溶剂性和化学稳定性，介电常数和介电损耗非常小，可用于高结构刚性、低介电损耗的复合材料中。并且UHMW-PE纤维价格比碳纤维、芳纶低，在防护材料、绳索、耐低温材料有着广阔的应用