超高分子量聚乙烯纤维的性能与应用

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1、辽宁丝绸2016年第4期高分寻量帱纤缝昀键应l}I郑艳超(北京服装学院，北京100000)[摘要]高模高强超高分子量聚乙烯纤维与芳香族纤维(Kevlar纤维)、碳纤维并称为世界三大高性能纤维，也是我国“十一五”规划重点发展的高科技项目和国家鼓励发展的特种纤维之一，由于其优越的化学性能和物理机械性能，在军事、工业、航海、航空航天等领域得到广泛应用。综述了超高分子量聚乙烯纤维发展历程、性能与应用领域，并对其以后的发展前景进行了预测。(关键词]：超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)；发展；性能；应用[文献标识码]A[文

2、章编号]1671-3389(2016)04—12—031引言分子量聚乙烯纤维的众多优异的性能，使其广泛地应用于防刺等轻质高强类国防军需装备及航超高分子量聚乙烯纤维(uhrahighmolecular空航天、体育休闲、海洋产业、运动器材、建筑加weightpoly~hylenefiber，简称UHMWPE纤维)，固、生物医疗等领域[5-63。又称高强高模聚乙烯纤维，是一种新型高性能纤维，它与碳纤维、芳纶并称为当今“世界三大高科2超高分子量聚乙烯纤维的优良性能技纤维”【。它是以分子量在100万以上的聚乙2．1优良的力

3、学性能烯通过纺丝和高倍牵伸而制成的纤维。超高的分UHMWPE纤维具有优良的力学性能，相同线子量、高度取向及高结晶度赐予纤维高强度和高密度下的抗拉强度是钢丝绳的15倍，比芳纶高模量的特性，是目前比强度最高的特种工业用化4JD％，是普通化学纤维和优质钢纤维的1O倍。学纤维p_卅。图1是几种纤维的比强度、比模量比较，从图中表1几种纤维单丝性能的对比可以看出UHMWPE纤维的比强度、比模量明显项目UHMWPE芳纶纤维碳纤维E玻纤尼龙66高于其他纤维，在相同质量的材料中强度最高。纤维(SK66)(HM)(HM)(S-2)(

4、HI’)UHMWPE纤维具有高强度、高模量、低断裂伸长率等优异的力学性能，如表1所示，超高分子量聚乙烯纤维的比强度是碳纤维的2。6倍、E图1各纤维的比强度、比模量图玻纤和尼龙66纤维的4倍、芳纶纤维的1．7倍。该纤维除了具有高强度、高模量的特点以外，还2．2优良的耐冲击性能具有良好的耐化学腐蚀、比能量吸收高、电磁波UHMWPE纤维具有良好的耐冲击性能，在塑透射率高、摩擦系数低、优良的耐冲击和抗切割性变形过程中吸收能量、抗冲击能力比芳纶纤性能，以及不吸水、与生物相容性好等特点，并且维、碳纤维和一般玻璃纤维都高，如图

5、2所示，是所有高强高模纤维中密度最小的纤维。基于高UHMWPE纤维比冲击总吸收能量最高，分别是芳·l2·辽宁丝绸2016年第4期墨}啊譬营葺互式u纶纤维、碳纤维和玻璃纤维比冲击总吸收能量的表2uHmi，PE纤维与芳纶纤维在不同介质中浸泡6个月的强度保留率2．6倍、1．8倍和3．6倍。介。质UH纤MW维PE芳纤纶维介质UH纤M维WPE菱纤绘维∞3O2olO：-●·●-13．8O囊哪舞鞠囊豫朝■l啦黛If缀劈黪髑嘲．E图2几种纤维耐冲击性能比较2．3优良的耐磨性能2．5良好的耐光性能众所周知，材料的耐磨性一般随模量的

6、增大芳纶纤维不耐紫外线，使用时必须避免阳光而降低，但对UHMWPE纤维而言，则相反，这是直接照射，而UHMWPE纤维由于化学结构上的由于该种纤维具有较低的摩擦系数。图3是优势，是有机纤维中耐光性最优异的纤维，图4UHMWPE纤维、碳纤维和芳纶增强塑料摩擦系数是各种纤维耐光性的比较。十分明显，UHMWPE比较，UHMWPE纤维的耐磨性和弯曲疲劳明显高纤维的耐光性是纤维中最好的，经过1500h的光于碳纤维和芳纶，因此它具有比其他高性能纤维照之后纤维的强度保持率还有60％左右，而其他更加优越的耐磨性能。同时，良好的耐弯

7、曲变形纤维均在50％以下。性能，使得UHMWPE纤维具有较好的加工性能，易于制成织物及其他复合材料。1003oo5oo70010001500时闯m)图4不同纤维耐光性的比较2．6其他性能C啊h哺．JanmklU棵帆UHMWPE纤维除了以上优良的性能，还具图3纤维增强塑料的耐磨性和弯曲疲劳比较有良好的电绝缘性能、良好的疏水性、耐水耐湿和较长的曲挠寿命，而且比重极小，是唯一能漂2．4优良的耐化学腐蚀性浮在水上的高性能纤维，耐低温性能突出，是一UHMWPE纤维化学结构单一，并且具有高度种理想的低温材料。但是，UHMWP

8、E纤维熔点较取向和高度结晶的结构，使其在强酸、强碱中不低，玻璃化转变温度很低，对使用温度的敏感性容易受到活性基团的攻击，因此它能耐绝大部分较强，这使得UHMWPE纤维的加工温度不能超化学物质腐蚀，只有极少数有机溶剂能使纤维产过130~C。在高温和一定的张力下，通常会发生蠕生轻度溶胀，并且在化学品介质中力学强度损失变现象，而UHMWPE纤维分子链间作用力较弱，小于10％，表