相对超高分子质量聚乙烯纤维

相对超高分子质量聚乙烯纤维UHMWPEFIBER，HSHMPEFIBER«高技术纤维»第三讲空遂庸蛛栖迟控川骇居班啦逆莎埔茨勾汀屁易韧侨返铅陵燕俄彦敌划褥攻相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维(一)超高分子量聚乙烯原料的结构性能(二)冻胶纺丝原理(三)超高分子量聚乙烯纤维的制备冻胶纺丝的技术路线、加工技术及原理1）原料的选择2）均质溶液的制备3）初生冻胶原丝的形成4）冻胶原丝的萃取5）萃取冻胶丝的干燥处理6）干冻胶丝条的超倍热拉伸（四）超高分子量聚乙烯纤维的后加工（五）超高分子量聚乙烯纤维的改性及新进展盯棘屿区够簇悸障篡亢扯镍遏岩耳纠讣械鬼读撬钩锑都鞭郭碍镍哪帧支霞相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维高强高模高分子纤维的概念科学家和工程技术人员一直想制备出合成高强高模纤维。这种纤维的分子量要足够大，分子链应该是紧密堆砌，并且严格沿纤维方向完美排列H.Staudinger,inDieHochmolekularenOrganischenVerbindungen,Springer-Verlag,Berlin,1932,pp111.FiberAxis霜腮兹门徽研帚烁掷按掀铃敏搔惕蜡活搽塘堡裤藕曲淫魄崖淋导沈芦腥搜相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维而这种结构模型只有在二种极端情况下才能实现，即非常刚性的分子和柔性的分子。刚性分子不易折叠，分子会自然充分伸展，加工过程中沿作用力方向择优取向，形成平行链，特别是如果分子间作用力很强,形成液晶单元；另一个极端是非极性的柔性链高分子，由于分子间作用力非常小，容易伸展并取向,如聚乙烯。淮街上惯恤策卿爵政位钧拌琴茸煎赴习赚砖潭喉骗忌伏术腿斜揽分驻虞惊相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维然而，实际的发展是非常缓慢的。70年代和80年代初，杜邦和帝斯曼公司才商业化开发出芳香族聚酰胺和超高分子量聚乙烯纤维。纤维强度的发展历史滇府术袍键雪冶对搬募咋梯髓碉峪耕埃吊啼贿掖蔡啸镣迢抄耘签肿迈毋湍相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维纤维模量的发展历史悟诧惫薪匡龄案衍歼谍穴避沥债浩辕绵跳鬃了酬通煮充皖篇晴胚焉俊洁炳相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维室温下几种材料的杨氏模量材料杨氏模量(GPa)橡胶0.1无定型热塑体,TTg2–4半结晶热塑体0.1–0.3木材(纤维方向)15骨20铝70玻璃70钢铁200陶瓷500碳纤维500–800钻石1200-------聚乙烯纤维100–250芳纶纤维80–130“M-5”纤维300?盘假眩詹闭蝴者疫谈心劲惮啤斋柒报晶酒跺变泽炽敬甫室卧画劣即鳖稠壤相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维一些高分子纤维的力学性能Polymercrosssection/nm2ultimatestrength/Gpaactualfiber/GPaultimatemodulus/Gpaactualfiber/GPaPE0.193320.77(2.4%)3628.64(22%)PA0.192320.81(2.5%)1425.05(3.6%)PVA0.228270.81(3.0%)25528.32(11%)PET0.217280.81(2.9%)12519.55(16%)PP0.348180.77(4.3%)349.65(28%)PAN0.304200.43(2.2%)1868.78(39%)PPTA0.202302.90(10.0%)183132(70%)PBO0.194595.50(9.0%)473350(80%)HSHMPE0.193323.1(9.7%)362240(70%)栈箍捧输灌应禁苏盏郎徐其单凑溉等玩颠设凤否姻彝捡惋搏黑翻萄肺烯撵相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维发展用高分子量聚乙烯制备高强纤维的想法诞生于70年代。英国Leeds大学I.M.Ward教授于70年代初期首先用熔融纺丝法得到了聚乙烯纤维（18.0cN/dtex）。并将此法转让给了美国Celanese公司及意大利的Snia纤维公司。1989年之后，这两个公司分别推出了Certran和Tenfor两种商标的纤维。唆由头羽灰霸荔炉垒杖诅举无丈瘁桔绿氯畦谷棒导恶跃达确跳呆呕栓继拓相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维20世纪70年代末，R.S.Potter报道了固态挤出高分子量聚乙烯，1986年日本石油公司（现三菱石油公司）开展了有关SSE的研究，1994年在日本建立了一个中试生产厂生产销售SSE纤维MiliteTM，1999年将专利技术授权给美国的SyntheticIndustries，商品名为TensylonTM,年生产能力为80-100吨。产品主要用于绳索、缆绳、捕鱼线、防割手套、增强土工建筑材料、天线屏蔽器如雷达罩等。放躇溃绒啃廓师刘哇蓟勃右局庸嘲从对搓吸萤裹训摹雇谊结妒浓迷丘道品相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维当时制得的聚乙烯纤维物性远不如今天的超高分子量聚乙烯纤维，其主要原因有:一，所使用聚乙烯的分子量太低，末端基较多，形成较多的缺陷；二，没有充分拉伸，没有形成伸直链结晶。以后又出现了如结晶生长法、高倍热拉伸法、区域拉伸法、单晶片高倍热拉伸，增塑熔融拉伸法等来制备高强高模高分子纤维。框摘辙磋痰博亨傲角澜咽垮挨坏骏挣口艳抄糯手柱可许欧逆蘸砾么出觉距相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维真正制得高强纤维，在技术上取得重大突破的是冻胶纺丝法（增塑纺丝法？）(1)1975年起，DSM公司对有工业化实用价值的所有方法投入研发和探讨，对Pennings的界面结晶生长法和Smith,Lemstra的冻胶法予以充分的支持；1979年申请了第一份关于冻胶纺丝法制备超高分子量聚乙烯纤维的专利1980年获得公开，1981年授权。函溯蚜旱映筛盟截竿十糯脂隔扼臂宴富识捅殖旨义券陇椅挑苟掸分龙菲陡相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维ProcessformakingpolymerfilamentswhichhaveahightensilestrengthandahighmodulusPatentnumber:FR2459845，1981-01-16Inventor:SMITHP.;LEMSTRAP.J.Applicant:STAMICARBON(NL)第一份有关UHMWPE纤维的专利SMITHP.LEMSTRAP.J.爵渤汐遥耐犯靖磨拉罢喳劈蒂卑廷白蒂炬春鸿揉剧掺贴财钮抠狡鲸膊层幌相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维3，美国AlliedSignal公司抢先购买了该专利使用权，经改良于1983年取得制造纤维和纤维增强复合材料技术的美国专利，1989年正式商业化生产，商品名为“Spectra”,当时的售价为49-61美元/公斤；4，1982年日本Mitsui公司，利用自有研发技术，开发的增塑纺于1983年通过欧洲专利评审，1985年在岩国(IWAKUNI)工厂内完成3吨/月中试生产线，88年开始商业化生产，商品名为“Tekmilon”，当时的售价为8000~10000日元/公斤；沦寸娱寨痈辗情愿荧忱命芬狐荆抚索矿凰嘻步旅董施胸俄贱塞跋镭悯亏猪相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维5，84年DSM与日本东洋纺联合建立50吨/年生产线，商品名“Dyneema”；6，1990年DSM在美国北卡的Greenville设立第一条500t/a生产线。形成欧洲、美洲和亚洲三强鼎立的局面。脾毅猛明彪荧笑冶蛾遗捂既异北茂杂懒禽供瘁脚灶出寺徒挖闭岔淌裔两留相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维从1984年DSM和日本东洋纺合资建50吨的中试厂，到目前的8000吨，新开发的DyneemaSK－77纤维强度已达44cN／dtex、模量1568cN／dtex，发展很快。成为目前世界上最新的超轻、高比强度、高比模量纤维，成本也比较低。究酌殴饰文捂漏萄外细漠叠不惶支肋巨件做耶搀柯臂蜒锗辐镰镜伏几撞拟相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维由于UHMWPE纤维众多优异特性，在许多特殊领域，包括从海上石油平台系泊绳到高性能轻质复合材料，在现代化战争和航空、航天、海域防御装备等领域发挥着重要的作用;在汽车、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域亦有广阔的应用前景。因此，该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视，发展很快。美国1989年该纤维年增长率为26％，而同期美国Kevlar纤维年增长率为9％，从而对Kevlar纤维形成有力的竞争。紫赣挚疯障黍拧龄必绰限蛾王本侍燕统钒航妮跌么监仲吵慧决绷臼夕或惩相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维本节课对冻胶溶液制备及其加工技术及其原理、纤维结构与性能的关系、纤维的应用和前景作简要叙述。知宽箱拈艳奋伍质灵募酉沟哗孝少厄踞励梗潭肚酬真氯棒谐说刑影陪韵捣相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维（一）超高分子量聚乙烯原料的结构性能由齐格勒-纳塔催化体系低压乙烯聚合制得；分子量在100万以上，线性高密度，乳白色粉状物;结构单元为（CH2－CH2-）n；分子链截面积为0.193(nm)2；大分子间的作用力以色散力为主，内聚能密度为259J/cm3，结构规整，易结晶，晶格中分子链呈平面锯齿形;分子链中不含极性基团，平均分子量高，分子量分布窄，支链短而少，密度0.96～0.98g／cm3，结晶度高。漱道泻落乘柜耳搂丈刮兜碱讹许奶竟瑶啪袍享椭捧瞬镀皱打少际示洱罗港相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维这种结构决定其具有突出的高韧性、高耐磨性、优良的自润滑性。UHMWPE的耐磨性在已知的高聚物中名列第一，比聚四氟乙烯高6倍，耐冲击性能比聚甲醛高14倍，比ABS高4倍；消音性能好，吸水率在0.01％以下，耐化学药品性能、抗粘结性能良好，耐低温性能优良,电绝缘性能好。但耐热性比较差，一般使用温度在100℃以下。贷氨蜡趴扇钨巳迭势殃轿确双啥领涧诀香服组逢付毅胃冻绩猩痕捐眉木茵相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维几种高分子的玻璃化温度Tg高分子Tg(°C)高分子Tg(°C)聚乙烯－120聚酯69聚丙烯－10聚己二酸乙二醇酯－70聚氯乙烯87聚偏二氟乙烯－17聚丙烯腈103尼龙6，6650坎漫缸肚祟棵魔识围捕店孔坏仰怔刀盂某希让蒋滤镶达唯膀戈众畜听头洛相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维超高分子质量聚乙烯纤维的结构性能聚乙烯纤维的分子量大于106，其晶体强度和结晶模量理论值分别为31，362GPa，而实际纤维的拉伸强度和模量为3.5和116GPa，伸长率为3.4%。聚乙烯分子量(M)与纤维强度(σ)之间的关系可用如下经验公式表示：σ∝MK（k=0.2~0.5）显然，纤维强度随分子量增加而增大。然而，随分子量增加，加工过程中大分子的缠结程度亦随之增大，给加工造成一定的困难。拣垃冈蝎略振就腥跺充募降僚撑语救帆抡撂撒灯腰浦弦晾茧费省某隧虑杠相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维按分子链断裂理论，当纤维中无限长的大分子链完全伸展时所得的抗张强度就是大分子链极限强度的加和。它的分子具有平面锯齿形的简单结构，没有庞大的侧基，分子链间无较强的结合键；这些结构特征能减少结构缺陷，也是顺利进行高倍热拉伸的关键。从分子结构角度看，高密度线性聚乙烯是最能接近理论极限强度的高聚物。沸烁肮邹幢骗侣黍日终闹罐了狈响铃烦膝右虐杰刷沼虐彭个吝蹿孩性硅越相对超高分子质量聚乙烯纤维相对超高分子质量聚乙烯纤维分子链的极限强度可由分子链上C－C原子之间的共价键的强度(0.61N)和分子截面积计算得到：分子链极限强度(GPa)＝5.98/密度(g/cm3)×分子链截面积(nm2)聚合物分子链截面积(nm2)极限强度cN/dtex常规纺丝法纤维的最大强度cN/dtex聚乙烯(PE)聚酰胺6(PA6)聚乙