高强高模聚乙烯纤维研究进展

高强高模聚乙烯纤维研究进展中科院超高分子量聚乙烯纤维研究团队超高分子量聚乙烯（UHMWPE）分子结构普通聚乙烯超高分子量聚乙烯（分子量100万）2017-12-26密度低强度高模量高抗冲击耐腐蚀UHMWPE纤维–三大高性能纤维之一MaterialsSciencesandApplications2011,2,319.DSM正逐步取代芳纶成为主流防护（防弹、防爆、防切割、防穿刺）材料，在高强绳缆、网具、体育休闲、医用等领域的应用也日益扩大UHMWPE2017-12-26UHMWPE纤维的生产工艺干法纺丝湿法纺丝荷兰DSM、中国仪征化纤美国Honeywell、中国除仪征化纤以外的大多数企业2017-12-26国内外UHMWPE纤维对比荷兰DSM公司国内产品细分（牌号）高强（SK76）超高强（SK99）耐蠕变（DM20）医用（Purity）断裂强度（cN/dtex）≥3742.5304030-35初始模量（cN/dtex）115015909201450960-1100断裂伸长率（%）3.53.63.63.53.2-3.5单丝纤度（dtex）1.0-2.01.0-2.01.0-2.01.0-2.0≥2.5(湿法)不匀率（%）≤3.0≤3.0≤3.0≤3.03.5耐蠕变--+--价格（万元/吨）1520(不对我国出口)20408-10国产纤维在力学性能上落后于国际竞争对手的新一代产品缺乏超细旦、耐蠕变、医用等高附加值品种成本较低难以满足军用、警用对高性能、轻量化日益提高的要求，处于价值链低端2017-12-26中科院的UHMWPE纤维研发超高强、高模、细旦UHMWPE纤维（SK90、99）研发新型易溶解树脂低温、低剪切纺丝技术纤维表面处理及树脂匹配技术2017-12-26基本研究思路工艺结构性能原料创新科学原理装备/工艺改进2017-12-26主要进展和关键问题建成了用于工艺研究、分段取样的30吨/年规模冻胶纺丝中试试验线采用多种原料，较为系统地研究了树脂形态、分子结构参数、纺丝液浓度、纤维成型工艺等与可纺性及纤维结构、性能之间的关系制得中试级纤维样品的性能达到：单丝断裂强度：38.1cN/dtex；断裂伸长率：2.16%；初始模量：2280cN/dtex；单丝纤度：1.92dtex开发出适合于绳缆和民用纺织品的高浓度、低成本纺丝级树脂和工艺采用Mw不同（270-410万）的树脂，冻胶丝的Mw均降至200万左右，PDI变小，这为通过提高Mw改善纤维性能设置了障碍对于不同种树脂，Mw越高，降解程度越大；对于同种树脂，其高Mw部分更易降解，这是国内不同厂家纤维性能均处于低端的普遍原因如何突破这一瓶颈，实现国产纤维性能与技术水平的本质提升？2017-12-26纤维性能改善的物理基础分子链高度取向、结晶缺陷（链末端、缠结点、微孔等）浓度减少ConcentratedsolutionormeltDilutesolutionSemi-dilutesolutionC*:UHMWPE分子在溶液中发生缠结的临界浓度；M:分子量；Me:缠结分子量；λmax:最大牵伸倍数；c:指前因子2017-12-26新型易溶解UHMWPE纤维级树脂常规技术自主创新技术ZL201310464069.5基于新型易溶解树脂的纤维制备技术低温、低剪切UHMWPE冻胶纺丝技术2017-12-26主要研发节点（2012-2017）Laboratoryscale104tonsscalepolymersynthesisfacility1000t/yindustriallineNBIME30t/ypilotplantFuture2015.10~nowDachengZhongtaiJonnyma2015.8~nowICCASNBIMEOurnewgenerationultra-highperformanceUHMWPEfiberPropertiesofUHMWPEsingle-filamentTenacity(cN/dtex)Elongationatbreak(%)Modulus(cN/dtex)46.2±0.53.5±0.41880±7ICCASLianle2015.2Synthesized104tonseasydissolutionUHMWPE104tonsscaleUHMW-PEresinsynthesis30t/ypilotplantCommercializedat1000t/yindustrialplantPropertiesofUHMWPEmulti-filamentsTenacity(cN/dtex)Elongationatbreak(%)Modulus(cN/dtex)38.3±1.32.6±0.21840±62ICCASSZUDHU2012.5~2015.82017-12-26纤维性能（平行检测结果）2017-12-261、超高分子量超细聚乙烯粉体及其制备方法，201610695124.5，2016年9月23日2、超高分子量超细丙烯聚合物粉体及其制备方法，201610695070.2，2016年9月23日3、接枝改性超高分子量超细聚乙烯及其固相接枝方法，201610695066.6，2016年9月23日4、接枝改性超高分子量超细丙烯聚合物及其固相接枝方法，201610698032.2，2016年9月23日5、增溶型超高分子量超细聚乙烯及其制备方法，201610695051.X，2016年9月23日6、增溶型超高分子量超细丙烯聚合物及其制备方法，201610695055.8，2016年9月23日7、一种增溶型超高分子量超细聚乙烯制备的纤维及其制备方法，201610695021.9，2016年9月23日8、一种增溶型超高分子量超细丙烯聚合物制备的纤维及其制备方法，201610698011.0，2016年9月23日9、一种增溶型超高分子量超细聚乙烯制备的膜及其制备方法，201610694953.1，2016年9月23日10、一种增溶型超高分子量超细丙烯聚合物制备的膜及其制备方法，201610694928.3，2016年9月23日11、玻璃纤维增强聚乙烯组合物、由其制备的片材或管及其应用，201610695013.4，2016年9月23日12、玻璃纤维增强丙烯聚合物组合物、由其制备的片材或管及其应用，201610694926.4，2016年9月23日自主知识产权2017-12-26UHMWPE纤维的市场应用安全防护鱼线网线高强绳缆体育休闲未来7年内，UHMWPE纤维的全球市场年增长率将保持在11.6%左右美国市场研究公司GrandViewResearch2017-12-26纺织领域的“新宠”2017-12-26纤维制备与改性研究平台♦高性能纤维；♦生物基合成纤维；♦功能改性纤维2017-12-26致谢国家自然科学基金委员会国家科技部中科院青年创新促进会浙江省科技厅宁波市科技局2017-12-26中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江工业技术研究院宁波工业技术研究院浙江省宁波市镇海区庄市大道519号