超高分子量聚乙烯

超高分子量聚乙烯组员：倪佳佳、季佳伟单体超高分子量聚乙烯的单体是乙烯，CH2=CH2，无色无味可燃气体聚乙烯概述聚乙烯分类聚乙烯是由乙烯基单体自由基聚合而成的聚合物，分子的机构单元为—(—CH2-CH2—)—n—聚乙烯结构特点：1、聚乙烯为线性聚合物，-C-C-链为柔性长链，热塑性聚合物;2、分子对称，无极性基团存在，分子间作用力较小3、聚乙烯分子链呈平面锯齿形，键角109.3度聚乙烯概述聚乙烯按照密度可分为：1低密度聚乙烯：LDPE,高压法合成，催化剂ROOR2高密度聚乙烯：HDPE,中压或低压法合成，催化剂Cr系或Ziegler3线性低密度聚乙烯:LLOPE,Z-N型或Ti系高效催化剂4超高分子量聚乙烯：UHMWEPE,Ti系高效催化剂概述•20世纪30年代，Staudinger教授提出了高强高模高分子必须具备的结构模型，指出其大分子必须完美择优向和结晶•1936年，Boer在Faraday学会研讨会上，提出如果由主价键计算完美取向和结晶高分子材料的话，主链方向杨氏模量可达11000kg/cm2,而由范德华力控制的话只有450kg/cm2。这种模型在刚性分子和非常柔性的分子条件下实现超高分子量聚乙烯概述超高分子量聚乙烯分子量为80万-500万的聚乙烯称为超高分子量聚乙烯，分子量是超高分子量纤维力学性能的基础，分子量越高，端基浓度越小，增加了大分子链的相互作用力，受外力时大分子链间的缠结点与吸引点相互作用，大道分散作用力的目的。分子量不同赋予聚乙烯不同的性能，分子量越高，拉伸强度、表面硬度、耐磨性、耐蠕变、耐老化和耐溶剂性提高，断裂伸长率降低。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，应力下熔点只有145～160℃。物理性能但是,超高分子量聚乙烯纤维的缺点是使用温度不高,耐氧化性能差,抗蠕变性能差,表面加工困难。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。密度低，密度是0.97g/cm3，可浮于水面。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。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。耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。超高分子量聚乙烯的性能超高分子量聚乙烯的发展•超高分子量聚乙烯•其发展十分迅速，80年代以前，世界平均年增长率为8.5%，进入80年代以后，增长率高达15%～20%。而我国的平均年增长率在30%以上。1978年世界消耗量为12，000～12，500吨，而到1990年世界需求量约5万吨，其中美国占70%。2007-2009年中国逐步成为世界工程塑料工厂，超分子量聚乙烯产业发展更是十分迅速，1.溶解UHMWPE于适当的溶剂中，制成半稀溶液；2.经喷丝孔挤出，以空气或水骤冷纺丝溶液，将其凝固成冻胶原丝，形成折叠链片晶；3.通过萃取、超倍热拉伸大分子链充分取向和高度结晶，折叠链的大分子转变为伸直链结构。冻胶纺丝法超高分子量聚乙烯纤维生产原理1.将UHMWPE溶解于适当的溶剂中形成半稀溶液，减小分子链之间的缠结；2.喷丝孔挤出后在空气或水中冷却凝固成凝胶原丝。保存大分子的解缠状态；3.通过超倍热延伸凝胶原丝大分子链充分取向和高度结晶。凝胶纺丝法除此之外，UHMWPE纤维的纺丝方法还有高压固态挤出法、增塑熔融纺丝法、表面结晶生长法。冻胶纺丝--超拉伸技术制备高强度、高模量聚乙烯纤维是70年代末出现的一种新颖纺丝方法，是目前UHMWPE纤维唯一可产业化应用的纺丝方法。超高分子量聚乙烯纤维生产原理加热牵伸5.多级牵伸改变分子排列状态原料溶解1.十氢萘、石蜡油、煤油可作为溶剂喷丝板3.实现计量泵挤压物料变为丝条螺杆挤压2.输送-搅拌-加热-加压萃取、干燥4.将丝条中的溶剂萃取、置换，萃取剂挥发超高分子量聚乙烯纤维生产原理UHMWPE理想的溶剂，低温下溶解，冻胶丝可不经萃取直接牵伸十氢萘价格昂贵，我国目前无大量生产价格便宜烷烃类馏程高，需增加萃取工艺，使用关键为如何降低溶剂在纤维成品中的含量。溶解是分子间的作用力被溶剂分子拆散的过程，溶质和溶剂分子本身及相互间的作用力相对大小将影响溶解进程。超高分子量聚乙烯的分子量极高、分子结构规整，分子间有强烈的形成结晶的趋势，结晶度极高，溶剂分子很难折散这种作用力，因此UHMWPE很难均匀充分溶解，只有在高温下才能溶解于二甲苯、十氢萘等少数几种溶剂中。原料溶解UHWM--PE纤维的制造UHMW--PE纤维是以相对分子量大于100万的超高分子量聚乙烯为原料,采用凝胶纺丝法--超倍拉伸技术制得。用凝胶纺丝法--超倍拉伸技术制备UHMW--PE纤维的工艺流程如图：初生态凝胶纤维UHMWPE，溶剂、抗氧化剂等溶解，脱泡UHMW--PE溶液脱溶剂挤出、纺丝干凝胶纤维加热，超倍拉伸定型UHMW--PE纤维国防军需装备方面的应用航空航天方面的应用民用方面的应用UHWM--PE纤维的应用国防军需装备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。航空航天方面的应用在航天工程中，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。谢谢观赏