一文了解超高分子量聚乙烯纤维的特点及主要应用

  超高分子量聚乙烯纤维       |      2023-01-06 14:39:01

超高相对分子量进行聚乙烯(UHMWPE)纤维,又称作为高强高模聚乙烯材料纤维,是目前这个世界上比强度和比模量达到最高的纤维,其分子量在100万~500万的聚乙烯所纺出的纤维。

世界三大高性能纤维: 芳纶纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维。自1994年通益超高分子量聚乙烯纤维突破关键生产技术后,中国已形成多个超高分子量聚乙烯纤维工业生产基地。

超高分子量聚乙烯纤维

性能特点

1.高比强度和比模量。比强度是同截面钢丝的十几倍,比模量仅次于超级碳纤维。

2. 纤维密度较低,在0.97 ~ 0.98 g/cm3之间,可以漂浮在水面上。

3.断裂伸长率低,断裂功大,吸收能量能力强,因此具有突出的抗冲击性和耐切割性。

4、抗紫外线进行辐射,防中子和γ射线,比能量可以吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。

耐化学腐蚀,耐磨损,具有较长的弯曲寿命。

物理性能:密度:0.97~0.98g/cm3。比水的密度低,可以漂浮在水上;强度:2.8~4N/tex;模量:91~140N/tex;延伸度:3.5%~3.7%。

冲击吸收能比对位芳酰胺纤维高近一倍,耐磨性好,摩擦系数小,但应力下熔点只有145~160℃。

当期欧美和日本的超高分子量聚乙烯纤维用途结构有一定差异。欧美主要用于防弹衣和武器装备,占总量 60%~70%,其次为绳缆占20%,渔网等占5%、劳动防护占5%;日本主要用于绳缆、渔网、防护类,特别是防切割手套,在汽车生产涂漆工序的使用已达到超高分子量聚乙烯纤维总需求量的1/4。

我国自1985年开始超高分子量聚乙烯纤维的研究,东华大学、盐城超强高分子材料工程技术研究所先后加入研发行列, 并取得了一系列重大理论突破。随即一些企业投入中试及小规模工业化生产,至今经过不懈努力,其纤维性能已经达到国际中等水平并具有各自的特色,部分进入规模化生产阶段。

应用领域

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、防弹衣、防刺衣、盾牌等,其中以防弹衣的应用最为引人注目。它具有轻柔的优点,防弹效果优于芳纶,现已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维。另外 超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比弹击载荷值 U/p是钢的10倍,是玻璃纤维和 芳纶的2倍多。国外用该纤维增强的树脂复合材料制成的防弹、防暴头盔已成为钢盔和芳纶增强的复合材料头盔的替代品。

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

(1)绳、缆的应用:用这种纤维制成的绳、缆、帆、渔具,适用于海洋工程,是这种纤维的最初用途。常用于负力绳、重载绳、救助绳、拖带绳、帆船绳、渔线等。这种纤维制成的绳索在自重下的断裂长度是钢丝绳的8倍,芳纶的2倍。此绳用于超级油轮、海上作业平台、灯塔等的系泊锚绳。,解决了以往由于钢索的腐蚀,尼龙、聚酯钢索的腐蚀、水解、紫外线降解等导致钢索强度降低、断裂,需要经常更换的问题。

(b)运动器材: 安全帽、滑雪板、滑浪风帆、钓鱼竿、球拍及单车、滑翔机、超轻型飞机零件等均在运动器材上制造,其性能优于传统材料。

(3)用作生物材料:这种纤维增强复合材料用于牙托材料、医用植入物、塑料缝合线等方面。具有良好的生物相容性和耐久性,稳定性高,不过敏,已用于临床。它也用于医用手套和其他医疗措施。

(4)工业上,该纤维发展及其影响复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤技术材料、汽车缓冲板等;建筑设计方面我们可以直接用作墙体、隔板结构等,用它作增强我国水泥复合材料研究可以通过改善水泥的韧度,提高其抗冲击性能。

超高分子量聚乙烯纤维是世界上稀缺的原料,世界年需求量约为5万吨,其中美国占70% 。但目前世界产量不到9,000吨,差距很大。据专家预测,未来10年,UHMWPE 纤维的年市场需求量将超过10万吨,市场潜力巨大,前景广阔。