UHMWPE纖維的制備
發(fā)布時(shí)間 : 2018-10-16 瀏覽次數(shù) : 次UHMWPE 又稱高強(qiáng)高模聚乙烯， 是目前世界上高性能材料之一， 由于其耐腐蝕、 耐磨損、密度小等綜合優(yōu)異性能， 目前被用于軍用防護(hù)材料、 軍用機(jī)械材料、 航空航天飛機(jī)裝置等軍事領(lǐng)域。 高性能纖維的發(fā)展是奠定一個(gè)國家軍事裝備的基礎(chǔ)， 材料的先進(jìn)才能引領(lǐng)軍事技術(shù)的先進(jìn)， 成為了建設(shè)現(xiàn)代化強(qiáng)國的重要物質(zhì)基礎(chǔ)， 在世界范圍內(nèi)軍事材料領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位。
1． UHMWPE纖維的性能
UHMWPE 纖維具有綜合性能優(yōu)異， 其相對(duì)密度較小， 能夠浮于水面。 并且 UHMWPE 纖維是目前世界上強(qiáng)度最大的纖維， 相對(duì)于鋼材來說， UHMWPE 纖維是優(yōu)質(zhì)鋼材強(qiáng)度的十幾倍。除此之外， UHMWPE 纖維還具有耐腐蝕性能強(qiáng)、耐化學(xué)物質(zhì)、 耐磨損等性能， 綜合其性能來看， UHMWPE 纖維在我國很多重要領(lǐng)域均發(fā)揮著重要的作用。
1 優(yōu)良的力學(xué)性能
UHMWPE 纖維密度相對(duì)于其他高性能纖維來說僅次于常規(guī) PE 纖維和聚丙烯纖維， 是防彈材料中密度最小的優(yōu)化纖維材料，在保證具有較好防彈性能的同時(shí)能夠減輕材料本身重量達(dá)到輕便的效果。
抗張強(qiáng)度相對(duì)于其他幾項(xiàng)性能來說， 僅次于 PBO 和聚芳酯纖維， 相對(duì)于聚芳酯纖維來說也只相差了 0. 1 的差距， 可知 UHMWPE 的抗張強(qiáng)度優(yōu)良。
初始模量相對(duì)于其他纖維僅次于 PBO 和碳纖維， 表明纖維在外力作用時(shí)的抵抗破壞張力相對(duì)較好， 不容易發(fā)生形變。 是一種超高比強(qiáng)度、 比模量的特性纖維， 在防彈材料中發(fā)揮著巨大的作用。
綜合這些性能表明 UHMWPE 纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能， 被稱為 “纖維之王”， 使得 UHMWPE 纖維在我國多個(gè)重要領(lǐng)域均發(fā)揮著巨大的作用。
2 電絕緣性能
UHMWPE 纖維反射雷達(dá)波現(xiàn)象很少， 具有高效傳導(dǎo)的效率， 增強(qiáng)復(fù)合材料的介電常數(shù)。雖然在其他材料中聚乙烯的介電常數(shù)和損耗值是最少的， 但綜合各方面性能參數(shù)來說， UHMWPE 纖維具有傳統(tǒng)聚乙烯纖維達(dá)不到的性能， 相對(duì)于一般材料效果更好， 是作為雷達(dá)罩的首選材料， 具有優(yōu)質(zhì)輕便的效果。
3 耐氣候性和耐磨性
UHMWPE 纖維耐氣候性能優(yōu)良， 經(jīng)過長時(shí)間的光照條件和惡劣環(huán)境下能夠保持原有高性能不變； 同時(shí)在高性能材料中 UHMWPE 纖維耐磨性和抗彎疲勞性比芳綸纖維要高， 所以該纖維的耐磨性相對(duì)于其他高性能纖維較好， 由于其具有高耐磨性又加上其易加工的性能， 使其在工業(yè)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
4 耐化學(xué)腐蝕性能
UHMWPE 纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較緊密， 正是由于該纖維內(nèi)部分子鏈結(jié)晶度和取向度較高， 致使該纖維具有極強(qiáng)的化學(xué)惰性。 所以纖維在酸堿狀態(tài)下或者是高溫低溫的狀態(tài)下， 能長時(shí)間保持原有性能不變， 在環(huán)境惡劣的條件下依然能夠適應(yīng)并且發(fā)揮其價(jià)值。
5 自潤滑性能
UHMWPE 材料就其他工程材料相比， UHMWPE 具有極低的摩擦因數(shù)， 摩擦因素較低使得纖維本身自潤滑性能較好， 在沒有潤滑劑的條件下是塑料材料中最好的材料， 所以使得 UHMWPE 材料在工程中應(yīng)用廣泛， 具有極高的使用價(jià)值。 UHMWPE 纖維運(yùn)用于機(jī)械中在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下， 比較傳統(tǒng)的鋼鐵以及黃銅在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下加了潤滑劑的效果更佳 。 因此 UHMWPE 纖維相對(duì)于普通材料既省去了原料成本， 又保證了優(yōu)良性能效果， 具有較高的使用價(jià)值。
UHMWPE纖維的制備方法
1 凝膠紡絲法
制備高性能 UHMWPE 纖維的方法有很多種， 但由于溶劑本身的原因， 使得一般制備方法對(duì)于該纖維的制備不能達(dá)到。 凝膠紡絲法是最理想的一種。 凝膠紡絲法不同于一般的溶液紡絲或者是濕法紡絲， 一般采用高分子量聚合體作為原料， 制成半稀溶液作為紡絲原液， 將柔性分子鏈在半稀溶液中解去纏結(jié)， 然后紡絲、結(jié)晶、 高倍拉伸得到伸展鏈， 再經(jīng)萃取處理后進(jìn)行超倍熱拉伸， 從而制成高強(qiáng)高模纖維。凝膠紡絲法具有顯著的基本特征： （1） 采用超高分子量聚合體為原料； （2） 采用半稀溶液作為紡絲原液； （3） 進(jìn)行超倍熱拉伸， 拉伸倍數(shù)大于 30。
2.2 增塑熔融紡絲法
熔融紡絲是將聚合物熔體為原料， 經(jīng)熔融紡絲及進(jìn)行擠出成形后多次拉伸得到。 而增塑熔融紡絲是在熔融紡絲的基礎(chǔ)上， 在聚合物熔體中加入適量的稀釋劑進(jìn)行紡絲， 經(jīng)過雙螺桿混合溶劑， 再進(jìn)行擠出成形， 在萃取劑中浸泡，再進(jìn)行多次拉伸最終可得到高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。
2.3 高壓固態(tài)擠出法
擠出成形原理是粉粒狀的固體溶劑加入到擠出機(jī)里， 給裝有固體溶劑的物料桶加熱到熔融溫度， 使固體物熔融， 將熔融劑輸送到具有固定形狀的機(jī)頭中， 再經(jīng)冷卻定型， 進(jìn)而固化形成最終產(chǎn)品。 而高壓固態(tài)擠出法是在擠出成形的基礎(chǔ)上進(jìn)行高壓熔融， 形成溶劑， 再經(jīng)噴孔中噴出， 進(jìn)而進(jìn)行高倍拉伸， 最終得到高分子量聚乙烯。
4 表面結(jié)晶法
由于表面結(jié)晶法纖維狀晶體生長速度較慢難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化， 所以這種方法在 UHMWPE 纖維的制備中使用較少。
