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超高分子量聚乙烯纤维

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:发表时间:2015-06-09【

超高分子量聚乙烯纤维(英文全称: Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber, 简称UHMWPE),即高强高模聚乙烯纤维,是目前世界上比强度和比模量最高的纤维,其分子量在100万~500万的聚乙烯所纺出的纤维;其“轻薄如纸、坚硬如钢”,强度是钢铁的15倍, 其特性为: 1、高比强度,高比模量。比强度是同等截面钢丝的十多倍,比模量仅次于特级碳纤维。 2、纤维密度低,密度是0.97g/cm 3,可浮于水面。3、断裂伸长低、断裂功大,具有很强的吸收能量的能力,因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。 4、抗紫外线辐射,防中子和γ射线,比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。 5、耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。 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℃。
 
关于超高分子量聚乙烯纤维的基础理论,早在上世纪30年代就有人提出过;然而真正在技术上取得重大突破的是凝胶纺丝法和增塑纺丝法。上世纪70年代,英国利兹大学的Capaccio和Ward首先研制成功分子量为10万的高分子量聚乙烯纤维,1975年荷兰帝斯曼公司(DSM)利用十氢萘做溶剂发明了凝胶纺丝法(Gelspinning),成功制备出了UHMWPE纤维,并于1979年申请了专利。此后经过十年的努力研究,证实凝胶纺丝法是制造高强聚乙烯纤维的有效方法,具有工业化前途。 由于超高分子量聚乙烯纤维具有众多的优异特性, 它在高性能纤维市场上,包括从海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方面均显示出极大的优势,在现代化战争和航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。
1、国防军需装备方面
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。
2、航空航天方面的应用
在航天工程中,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。
3、民用方面
(1)绳索、缆绳方面的应用:用该纤维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程,是该纤维的最初用途。普遍用于负力绳索、重载绳索、救捞绳、拖拽绳、帆船索和钓鱼线等。该纤维制成的绳索,在自重下的断裂长度是钢绳的8倍,是芳纶的2倍。该绳索用于超级油轮、海洋操作平台、灯塔等的固定锚绳,解决了以往使用钢缆遇到的锈蚀和尼龙、聚酯缆绳遇到的腐蚀、水解、紫外降解等引起缆绳强度降低和断裂,需经常进行更换的问题。 (2)体育器材用品:在体育用品上已经制成安全帽、滑雪板、帆轮板、钓竿、球拍及自行车、滑翔板、超轻量飞机零部件等,其性能较传统材料为好。 (3)用作生物材料:该纤维增强复合材料用于牙托材料、医用移植物和整形缝合等方面,它的生物相容性和耐久性都较好,并具有高的稳定性,不会引起过敏,已作临床应用。还用于医用手套和其他医疗措施等方面。 (4)工业上,该纤维及其复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板等;建筑方面可以用作墙体、隔板结构等,用它作增强水泥复合材料可以改善水泥的韧度,提高其抗冲击性能。
 
 

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