超高分子量聚乙烯纤维课件

影响纺丝成型的因素： 溶液的浓度：溶液太稀，虽然大分子间缠结 少，易保持原有形态，但拉伸速度很慢，不利 于伸展；浓度较大，缠结点太多，同样无法达 到高倍拉伸的目的 因此适宜的浓度：半稀状态，一般为0.2%--10% 左右。
超倍拉伸： 在拉伸初始阶段，高聚物的结晶层破坏成为小结晶块， 它们沿着拉伸方向与无定形区交替形成微纤维，在原结 构中连结着不同层晶的连结分子，变为晶块间的连结分 子，位于微纤维的边界层。进一步拉伸时，微纤维产生 剪切变形，同时完全伸直的连结分子数增加，在较高的 拉伸温度下，排列整齐的连结分子，可能结晶化为长的 伸直链结晶。它的分子结构是具有-c—c-主链化学键，主 键间具有很高的结合强度。分子的取向程度控制HMPE 纤维的模量。
高性能纤维,是芳纶的2/3，是碳纤维的1/2.
●还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、比能量吸 收高、介电常数低、电磁波透射率高、摩擦 系数低及突出的抗冲击、抗切割等优异性能。
2.发展及现状
1979 年荷兰DSM 公司采用凝胶纺丝与超倍拉伸方 法在实验室制得了高强高模UHMWPE 纤维，1990 年实现工业化生产。
无纺织物类：防弹背心
复合材料类：
环氧树脂是纤维增强高聚物复合材料的主要 基体材料，也是超高模聚乙烯纤维增强复合 材料的重要基体。
聚乙烯基UHMWPE纤维增强复合材料
（2）前景及研究方向 由于UHMWPE 纤维性能优异,应用潜力巨大, 受 到了国内外的普遍关注。
UHMWPE 纤维今后研究及应用的发展趋势 为:继续研究新的纺丝方法,提高生产效率,降低 成本;提高UHMWPE 纤维的结晶度和取向度,提 高力学性能;继续研究切实可行的表面处理方法, 降低蠕变性能,扩大UHMWPE 纤维在航空航天、 光缆增强纤维、复合材料、耐压容器等方面的 应用。总之,UHMWPE 纤维是很有发展及应用 潜力的高科技纤维,加强这方面的研究工作,开创 属于我们自己知识产权的新技术、新成果,必将 对我国的国防及经济建设等方面作出大的贡献。

飞机结构材料
超高分子量聚乙烯纤维具有轻质 、高强、耐腐蚀等特性，可用于 飞机结构材料的制作，如机翼、
机身等。
导弹与火箭材料
这种纤维同样适用于导弹和火箭的 结构材料，提高武器的性能和安全 性。
军事装备防护
利用其强度和耐磨性，可制作军事 装备的防护装甲和防弹衣等。
体育器械与装备领域
自行车车架
超高分子量聚乙烯纤维制成的车架轻盈且坚固，提高自行车的性 能和安全性。
05
超高分子量聚乙烯纤维 的市场与发展趋势
全球市场概况与竞争格局
全球市场概况
超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）是一种高性能纤维，具有轻质、高强度、 高耐磨性等特点，被广泛应用于国防、航空航天、汽车、船舶等领域。全球 UHMWPE市场保持快速增长，其中亚太地区的增长速度最快。
竞争格局
全球UHMWPE纤维市场主要由几家大型企业主导，包括荷兰的DSM、德国的 BASF、美国的DOW等。这些企业在技术研发、产品质量、品牌影响力等方面具 有较大优势，占据了市场的主要份额。
应用领域拓展与新兴市场机遇
应用领域拓展
UHMWPE纤维的应用领域不断拓展，除了传统的国防、航空航天、汽车、船舶等领域，还逐渐应用于新能源、 智能制造、环保等领域。这些新兴领域为UHMWPE纤维提供了广阔的市场空间和机遇。
新兴市场机遇
随着全球环保意识的不断提高，UHMWPE纤维在环保领域的应用前景也越来越广阔。例如，UHMWPE纤维可以 用于制造高效、环保的复合材料，替代传统的金属材料，降低环境污染。此外，UHMWPE纤维还可以用于制造 可降解的塑料制品，满足人们对环保的需求。
生物相容性
该纤维具有较好的生物相容性，可用于制造医疗器材和生物 工程产品。

应用领域有限
目前超高分子量聚乙烯纤维主要应用于绳索、渔网、防护服等领域， 在其他领域的应用相对较少，需要拓展新的应用市场。
客户认知度低
由于超高分子量聚乙烯纤维是一种新型纤维材料，其市场认知度相 对较低，需要加强宣传和推广，提高客户认知度。
发展机遇
战略新兴产业政策支持
随着国家对战略新兴产业的重视和支持力度不断加大，超高分子量聚乙烯纤维作为高性 能纤维的重要组成部分，有望获得政策支持和资金扶持。
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03 超高分子量聚乙烯纤维的 应用领域
军事领域
防弹衣
超高分子量聚乙烯纤维具有优异的抗冲击性能，常用于制造防弹衣，提高士兵的防御能力。
降落伞
由于其强度高、重量轻，超高分子量聚乙烯纤维也广泛应用于降落伞的制造，确保军事空投物资的安 全。
建筑领域
桥梁加固
超高分子承载能力和耐久性 。
02 超高分子量聚乙烯纤维特 性
机械性能
总结词
超高分子量聚乙烯纤维具有出色的机械性能，如高强度、高模量和低延伸率。
详细描述
由于其高分子量和结晶度，超高分子量聚乙烯纤维展现出极高的拉伸强度和模 量，同时伸长率较低，使其成为各种需要高强度和刚性的应用的理想选择。
化学稳定性
总结词
超高分子量聚乙烯纤维具有出色的化 学稳定性，能够耐受多种化学品的侵 蚀。
重要材料
超高分子量聚乙烯纤维是一种高性能纤维， 具有优良的力学性能、耐化学腐蚀性和电绝 缘性，广泛应用于国防、航空航天、建筑、 体育器材等领域。
替代传统材料
随着科技的发展和环保意识的提高，超高分 子量聚乙烯纤维逐渐替代了传统的金属、玻 璃纤维等材料，成为现代工业和日常生活的 重要选择。

十氢萘
烷烃类
UHMWPE理想的溶剂， 低温下溶解，冻胶丝 可不经萃取直接牵伸
价格昂贵，我国 目前无大量生产
价格便宜
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。
杭州翔盛高强第纤9维页材/共料21股页份有限公司
2.超高分子量聚乙烯纤维生产原理
2.2 丝条纺制
双螺杆挤出机
螺杆挤出机的作用为物料的传输-搅拌-加热-加压，将 UHMWPE大分子链解缠，赋予大分子链间适当的缠结点密度。
UHMWPE具有优异的冲击能吸收性，噪声阻尼性能很好，具有优良的 消音效果。
杭州翔盛高强第纤1维4页材/共料2股1页份有限公司
3.超高分子量聚乙烯纤维的性能
3.6、耐低温性 UHMWPE具有优异的耐低温性，在液氦温度（-269℃）下仍具有延展
性，因而能够用作核工业的耐低温部件。 3.7、卫生无毒性
UHMWPE有极低的摩擦因数（0.05～0.11），故自润滑性优异。当它 以滑动或转动形式工作时，比钢和黄铜加润滑油后的润滑性还要好。因此， 在摩擦学领域UHMWPE被誉为成本/性能非常理想的摩擦材料。 3.4、耐化学药品性
UHMWPE具有优良的耐化学药品性，除强氧化性酸液外，在一定温度 和浓度范围内能耐各种腐蚀性介质（酸、碱、盐）及有机介质（荼溶剂除 外）。在20℃和80℃的80种有机溶剂中浸渍30d，外表无任何反常现象，其 它物理性能也几乎没有变化。 3.5、冲击能吸收性
医疗
网和各种织物：防弹背心和衣服、

Title in
军he事re
Title in
he船re舶
防切割手套等，其中防弹衣的防弹 效果优于芳纶。超高分子量聚乙烯 纤维织成不同纤度的绳索，取代了

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在拉伸初期结晶度随拉伸倍数的增加呈直线上 升，当拉伸倍数达到一定值时，随拉伸倍数的 增加，结晶度增长减慢并趋于平衡。
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取向度与结晶度相似，在拉伸初期，取向度迅 速提高，对提高纤维的强度和模量起主要作用， 但是达到一定拉伸倍数时，取向度趋于平衡值， 但纤维的强度仍在提高，这可能是由于取向度 不变，而晶区与非情趣的序态结构更完整所致。
剂，经共混造粒后采用熔纺技术制成初生纤维， 再在溶剂汽油中萃取，经不同拉伸倍数制成拉 伸样品。
采用熔融纺技术，可使UHMWPE含量大大增加， 有利于提高生产效率，降低对密度为0.97，具有很 高的轴向性能，比拉伸强度和比刚度高。 优良的耐冲击性能：Tg低热塑性纤维，韧性好 在塑性形变过程中能吸收能量，高应变率和低 温下具有良好的力学性能。 良好的抗湿性、抗化学腐蚀性能 优越的耐磨性能 良好的电绝缘和耐光性能 耐切割性能
大。 要求：降低分子之间的缠结点密度
6
凝胶纺丝- 超倍拉伸法 原理：把超高分子量的聚乙烯( PE)溶解于溶剂（十氢
化萘等）制成浓度为2 %～10 %的纺丝液,从喷丝孔喷 出,低温下凝固成含有大量溶剂的凝胶状丝条,被形象 的称作凝胶纺丝,再对凝胶状丝条除去溶剂后进行超 倍热拉伸,得到了高强高模PE 纤维。 目的：在于使相互缠结的UHMWPE 分子在溶剂中舒展 解缠,纺成直径为几个厘米的凝胶状丝条,分子的这种 舒展解缠状态在凝胶状丝条中得以保持,然后经过数 百倍的多级拉伸得到纤度为200dtex～5000dtex 的高强 高模UHMWPE 纤维。
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UHMWPE纤维和蠕变性能好的纤维(如碳纤 维、芳纶纤维)混杂，将能明显的改善蠕变 性能。
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（2）UHMWPE纤维表面处理
UHMWPE 纤维大分子链上为无极性基团— CH2 —,取向度高,纤维表面平滑,使UHMWPE 纤 维与树脂基体粘接性差,限制了UHMWPE 纤维 在复合材料等方面的应用。因此对UHMWPE 纤维的表面进行改性处理,提高其和树脂基体的 粘接性能,扩大在复合材料中的应用一直是 UHMWPE 研究热点。

超高分子量聚乙烯纤维
contents
目录
1 简介
1 3 纤维性能
2 制备工艺 4 主要用途
5 发展状况
1
简介
超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维(英文全称： Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber， 简称 UHMWPEF)，又称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。
2
制备工艺
制备工艺
用齐格勒催化剂制备树脂后，以十氢 萘或石蜡油、灯油为溶剂进行凝胶纺 丝，或以石蜡烃为熔剂进行“半熔纺” 而得。 大致可以分为两类：干法纺丝，湿法 纺丝
机
萃取
纺丝箱 喷丝板
加热牵伸
卷绕成型
超高分子量聚乙烯纤维的主要生 产工序如下：原料的制备——双 螺杆挤压机——纺丝箱——喷丝 板——萃取——干燥——加热牵 伸——卷绕成型。
3
纤维性能
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0.97-0.98g/cm3，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。
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主要的用途
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
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发展状况

耐环境应力Βιβλιοθήκη 耐化学药开裂品
脆化温度
成型收缩
软化温度
长期承载
1.4 应用
不承载负荷或在使用温度不高下承载较小负 荷的塑料制品——包装膜、管、板、电线电缆包 覆层和绝缘层、容器等。
管 电缆
薄膜
1.5 聚乙烯的改性——交联PE
耐热性差 PE缺点 力学性能较低
环境应力开裂现象严重
造成这些缺陷的主要原因是PE分子间的作用力低。
2. 力学性能
•聚乙烯的强度主要是其结晶结构提供的；
•分子链柔顺；
•分子间的作用力弱。 聚乙烯力学性能一般： （1）拉伸强度比较低 （2）硬度不高 （3）抗蠕变性差 （4）抗冲击性能较好。
结晶度, 密度： LDPE < LLDPE < 拉伸强度： LDPE < LLDPE < 硬度： LDPE < LLDPE <
MFI 的 大 小 与 分 子 量大小基本成反比。
砝 码 重 2160g ， 料 筒 内 径 9.544mm ， 出 料 模 孔 内 径 2.095mm，长8mm。
<二>热变形温度（HDT）：塑料试样在静弯曲负荷作 用下，浸入一种等速升温的液体(或空气)传热介质中， 当试样受热变形，变形量达到一定时的温度。
<二> 化学交联－有机硅烷法
CH2 CH2
OR
DCP
+ CH2 CH Si OR
OR
CH CH2 CH2 CH2 RO Si OR
CH CH2 CH2
2
CH2 RO Si OR
OR
+ H2O
(低 压 蒸 汽 ）
OR CH CH2 CH2 CH2 RO Si OR O

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耐切割性能
影响拉伸性能的因素
聚乙烯的分子量和制造时的拉伸比是影响
UHMWPE纤维性能的主要因素。一般情况下拉
伸比越高，分子的取向度越高，拉仲模量和强度
随之提高。但拉伸比与PE的分子量大小与工艺
条件有关。
01
UHMWPE纤维性能研究趋势
02
UHMWPE纤维的蠕变
03
蠕变是有机纤维存在的主要问题之一，
02
UHMWPE纤维表面处理
UHMWPE 纤维大分子链上为无极性基团—CH2 —,取向度高,纤维表面平滑,使UHMWPE 纤维与树脂基体粘接性差,限制了UHMWPE 纤维在复合材料等方面的应用。因此对UHMWPE 纤维的表面进行改性处理,提高其和树脂基体的粘接性能,扩大在复合材料中的应用一直是UHMWPE 研究热点。
伸直链聚乙烯纤维 (b)一般PE纤维
图1 伸直链聚乙烯纤维与一般PE的分子形态
微观结构：
UHMPE纤维的直径在20一40µm范围内 UHMPE纤维不是圆柱形的，是形状不规则的纤维。
01
凝胶纺丝-超倍拉伸法的综合评价
02
取向度与结晶度相似，在拉伸初期，取向度迅速提高，对提高纤维的强度和模量起主要作用，但是达到一定拉伸倍数时，取向度趋于平衡值，但纤维的强度仍在提高，这可能是由于取向度不变，而晶区与非情趣的序态结构更完整所致。
提高相对分子量：分子量越高越易进行高倍拉伸
01
增加非晶区缚结分子的含量
02
减少晶区折叠连的含量，增加伸直链的含量
超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）
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演讲者：
1979 年荷兰DSM 公司采用凝胶纺丝与超倍拉伸方法在实验室制得了高强高模UHMWPE 纤维，1990年实现工业化生产。

奇瑞汽车出口到乌拉圭的 东方之子防弹轿车，作为政 府礼宾车。凯芙拉纤维及超 高分子量聚乙烯纤维都是防 弹轿车内衬的主要材料，车 底防弹材料甚至要求能对反 坦克地雷爆炸进行防护。
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。
超高分子量聚内属于稀 缺物资，全世界年需求量约5万吨，其中美国占70% 。但具备生产能力的仅有荷兰帝斯曼公司（DSM） 、美国霍尼韦尔公司(Honeywell)、日本东洋纺公 司（Toyobo）、日本三井石化公司，和中国的数家 公司。全世界产量总和仅有10000吨左右。据专家 预测，未来10年内超高分子量聚乙烯纤维每年的市 场年需求量将在10万吨以上，市场潜力巨大。尽管 荷兰帝斯曼公司、美国霍尼韦尔公司和日本三井公 司近几年多次增建扩产，产量以每年8%以上的速度 递增，但仍不能满足市场需求。
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，其性能优于传 统材料。日本三井石油化 学公司制造的UHMWPE滑冰 场，1975年在Kagoshima 县对外开放，其造价为一 般滑冰场的1/4。
该纤维增强复合材料 用于牙托材料、医用移植 物和整形缝合等领域，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。
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。由于 UHMWPE具有优良的耐磨性、耐冲击性，它在机械 制造行业中得到广泛应用，可制作各种齿轮、凸 轮、叶轮、滚轮、滑轮、轴承、轴瓦、轴套、削 轴、垫片、密封垫、弹性联轴节、螺钉等机械零 部件。