超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的结构与性能何正洋;潘志娟【摘要】超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是上世纪80年代开发出的一种新型高性能纤维.与其它纤维相比,UHMWPE纤维具有密度小、强度高、模量高、耐切割、耐腐蚀、耐化学药剂等特点,被广泛应用在绳索、防弹衣、航空航天等领域.本文测定与分析了不同规格UHMWPE纤维的结构与性能,结果表明:UHMWPE纤维的结晶度较高,在60％以上;在145℃会发生熔融,当温度到达500℃时,纤维会完全分解;单纤维的断裂伸长率在5％左右,断裂强度可达30 cN/dtex,初始模量可达800 cN/dtex;纤维在受到恒定外力作用时,很容易发生变形,抗蠕变性能比较差.【期刊名称】《现代丝绸科学与技术》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】3页(P5-7)【关键词】UHMWPE纤维;结晶度;热学性能;拉伸性能;蠕变性能【作者】何正洋;潘志娟【作者单位】苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215123;苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215123;现代丝绸国家工程实验室(苏州),江苏苏州215123【正文语种】中文随着科学技术的发展，各种高性能纤维不断出现在我们的日常生产生活中。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是上世纪80年代开发出的一种新型高性能纤维[1]，其综合性能优异，具有密度小、强度高、模量高、耐切割、耐腐蚀、耐化学药剂等特点[2]，从而在众多高性能纤维中脱颖而出，被广泛应用在绳索、防弹衣、航空航天等领域[3]。

目前，工业上多采用凝胶纺丝超倍拉伸技术制备UHMWPE纤维，制备UHMWPE纤维的原料分子量一般在100万以上。

UHMWPE纤维的分子链以聚乙烯为基本结构，聚乙烯分子属于非极性分子，无极性基团，从而导致其与所接触的物质不容易发生化学反应，纤维具有很好的耐腐蚀、耐化学性能；同时经过超倍拉伸后，纤维内部结构变得较为致密规整，因此UHMWPE纤维的结晶度都比较高，纤维具有很好的耐高能辐射性能[4]。

超强聚乙烯纤维耐高温吗聚乙烯纤维是一种具有优异性能的工程材料，常用于制造防弹衣、绳索、飞机零件等领域。

然而，人们普遍关心的一个问题是，聚乙烯纤维是否具有耐高温性能，特别是在一些高温工作环境下是否稳定可靠。

本文将探讨超强聚乙烯纤维的耐高温性能。

首先，需要了解的是，聚乙烯纤维是一种热塑性塑料纤维，具有较高的熔点。

常见的聚乙烯纤维如高分子量聚乙烯纤维（HMPE）以及超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）等，在正常情况下可以承受一定温度范围内的热量。

然而，在极端高温环境下，聚乙烯纤维的性能可能会受到一定程度的影响。

对于普通聚乙烯纤维而言，其熔点约在130-140摄氏度之间。

在这一温度范围内，聚乙烯纤维可以保持较好的结构稳定性，不易软化变形。

但是，当超过这一温度范围时，聚乙烯纤维可能出现熔化的情况，导致其失去原有的力学性能。

相比之下，超强聚乙烯纤维，如UHMWPE，具有更高的熔点和更好的耐热性能。

这种类型的聚乙烯纤维通常具有较高的熔点，可在较高温度下保持较好的性能。

一般来说，UHMWPE的熔点可以达到约150摄氏度以上，有些甚至可以达到170摄氏度左右。

因此，相较于普通聚乙烯纤维，超强聚乙烯纤维在高温环境下表现更为出色。

总的来说，超强聚乙烯纤维相对于普通聚乙烯纤维具有更好的耐高温性能。

在一般工程应用场景中，超强聚乙烯纤维可以承受较高温度的环境，保持良好的稳定性和性能。

然而，在极端高温环境下，仍需要谨慎使用，以避免超出其耐温范围，导致性能下降甚至熔化的风险。

因此，在实际工程设计和应用中，应根据具体情况选择合适的聚乙烯纤维材料，并在温度环境可控的范围内进行使用，以确保其性能和稳定性。

超强聚乙烯纤维作为一种优秀的工程材料，其耐高温性能可以满足大多数应用场景的需求，在工程实践中具有广泛的应用前景。

UPE性能说明超高分子量聚乙烯纤维(英文全称: Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber, 简称UHMWPE)超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万-400万的聚乙烯。

UHMWPE特点为：极好的耐磨性，良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性，耐热性优于一般PE，缺点是耐热性（热变形温度）低、加工成型性差，外表面硬度，刚性，耐蠕变性不如一般工程塑料，膨胀系数偏大。

UHMWPE流动性差，熔融状态下粘度极高，是呈橡胶状的高粘弹性体，早期仅能用压制和烧结方法成型，目前也可用挤出、注塑和吹塑方法加工。

UHMWPE可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料用于纺织、造纸、食品机械、运输、医疗、煤矿、化工等部门 。

如纺织工业上技梭器、打梭棒、齿轮、联结 、扫花杆、缓冲块、偏心块、杆轴套、摆动后果等耐冲击磨损零件。

造纸工业上做箱盖板、刮水板、压密部件、接头、传动机械的密封轴杆、偏导轮、刮刀、过滤器等；运输工业上做粉状材料的料斗、料仓、滑槽的衬里。

UHMWPE可做各种机械的零部件，包括食品机械的齿轮、蜗轮、蜗杆、轴承。

化工中做泵、阀门、档板、滤板。

医疗上，还可用于心脏瓣膜、短形外科零件，人工关节及节育植入体。

体育上做滑冰地板、滚地球道、滑雪板、机动雪橇零件。

UHMWPE可以做高模量纤维，制造防弹衣、飞机座椅、海运、渔业用绳索等。

机械性能高于一般的高密度聚乙烯。

具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性，卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等。

使用温度100～110℃。

耐寒性好，可在-269℃下使用。

密度0.935g/cm3，分子量200万的产品，其断裂拉伸强度40MPa，断裂伸长率350％，弯曲弹性模量600MPa，悬臂梁缺口冲击冲不断。

纺织吊索一般用途超高分子量聚乙烯(HMPE)纤维吊索1范围本文件规定了超高分子量聚乙烯纤维吊索（以下简称吊索）的术语和定义、分类、要求、检验方法、检验规则、标志、包装、运输和存储。

本文件适用于一般用途吊装作业用纤维吊索，绳索直径φ6mm～φ136mm，无极缠绕形成的环形吊索直径可扩大到φ300mm。

符合本文件相关要求的其它合成纤维材料吊索也可根据情况参照执行。

本文件不适用于载人及吊装具有潜在危险的材料，如熔融金属、酸、玻璃板、核裂变材料、核反应推，也不适用于特殊吊装作业。

2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T8834纤维绳索有关物理和机械性能的测定（GB/T8834-2016，ISO2307:2005,IDT）GB/T16825.1静力单轴试验机的检验第1部分；拉力和(或)压力试验机测力系统的检验与校准（GB/T16825.1-2022,ISO7500-1:2018,IDT）GB/T21328纤维绳索通用要求(GB/T21328-2024,ISO9554:2019,IDT)GB/T23723.1起重机安全使用第1部分：总则(GB/T23723.1-2009,ISO12480-1:1997,IDT) GB/T30668超高分子量聚乙烯纤维8股、12股编绳和复编绳索(GB/T30668-2014,ISO10325:2009,NEQ)GB/T40273纤维绳索术语(GB/T40273-2021，ISO1968:2004,MOD)ISO12100设备安全-一般设计原理-风险评估和风险降低(Safety of machinery----General principles for design----Risk assessment and risk reduction)3术语和定义GB/T40273界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

超高分子量聚乙烯凝胶纺丝法
超高分子量聚乙烯凝胶纺丝法是一种将超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料通过凝胶纺丝技术制成纤维的方法。

具体操作如下：
1. 制备UHMWPE凝胶溶液：将UHMWPE材料切成小颗粒，加入适量有机溶剂（如石油醚、环己烷等），在高温高压下进行反应，形成凝胶溶液。

2. 凝胶纺丝：将凝胶溶液注入纺丝机，通过喷嘴将溶液挤出，形成纤维。

过程中需要控制纤维的拉伸速度、温度、压力等参数，使其形成均匀细长的纤维。

3. 固化处理：将纤维放入压板中，在高温高压下进行固化处理，使纤维具有更好的强度和耐磨性。

4. 喷涂处理：将固化后的纤维喷涂上润滑剂、阻燃剂等添加剂，提高其全面性能。

超高分子量聚乙烯凝胶纺丝法制备的UHMWPE纤维具有极高的强度、韧性和耐磨性，被广泛应用于船舶、车辆、建筑、医疗器械等领域。

高分子量聚乙烯纤维极限氧指数
高分子量聚乙烯纤维，特别是超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维，在所有高强高模纤维中具有最小的密度，且其强度、模量、比强度、比模量等性能优越。

然而，这种纤维的阻燃性较差，极限氧指数通常只有17%至17.5%。

这意味着它在燃烧过程中所需的氧气浓度相对较低，因此更容易燃烧。

此外，UHMWPE纤维在燃烧过程中会产生大量的热量和烟雾，并可能产生有毒气体和熔滴现象，从而引发二次灾害。

这些特性大大限制了UHMWPE纤维在某些需要良好阻燃性能的应用领域中的使用。

超高分子量聚乙烯纤维生产工艺The production process of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers is a complex and intricate procedure that involves several key steps to ensure the quality and performance of the final product. UHMWPE fibers are known for their exceptional strength, durability, and resistance to abrasion, making them ideal for a wide range of applications, including ballistic protection, ropes and nets, and medical devices. The manufacturing process of UHMWPE fibers requires careful attention to detail and precision to achieve the desired properties and performance characteristics.One of the first steps in the production of UHMWPE fibers is the polymerization of ethylene monomer to form long chains of polyethylene molecules with extremely high molecular weights. This process typically involves the use of a catalyst and high-pressure conditions to promote the growth of the polymer chains. The resulting UHMWPE resin is then extruded into a gel-like form, which is subsequentlystretched and oriented to align the polymer chains in the desired direction. This stretching process is crucial for enhancing the strength and toughness of the fibers, as it helps to eliminate any entanglements or defects in the molecular structure.After the initial stretching and orientation, the UHMWPE fibers undergo a process known as gel spinning,which involves spinning the gel-like material into fine, continuous filaments. This step is critical for producing fibers with high tensile strength and modulus, as it helpsto further align the polymer chains and remove anyremaining imperfections in the molecular structure. Thespun fibers are then subjected to heat treatment to improve their crystallinity and enhance their mechanical properties. This heat treatment process, also known as annealing, helps to increase the degree of crystallinity in the fibers,which in turn improves their tensile strength, stiffness, and resistance to creep and fatigue.In addition to the primary manufacturing steps, the production of UHMWPE fibers also requires careful controland monitoring of various process parameters, such as temperature, pressure, and stretching conditions. These parameters play a crucial role in determining the final properties and performance characteristics of the fibers, and any deviations or inconsistencies in the process can result in inferior product quality. Therefore, it is essential for manufacturers to implement strict quality control measures and process optimization techniques to ensure the uniformity and consistency of the UHMWPE fibers.Furthermore, the production of UHMWPE fibers also involves the use of advanced equipment and machinery, such as extruders, spin-drawing machines, and heat treatment ovens, which require regular maintenance and calibration to ensure their proper functioning. Any malfunctions or deviations in the equipment can have a significant impact on the quality and performance of the fibers, making it essential for manufacturers to invest in state-of-the-art technology and equipment to support their production processes.Overall, the production of UHMWPE fibers is a highlysophisticated and intricate process that requires careful attention to detail, precision, and control of various parameters to achieve the desired properties and performance characteristics. By implementing advanced manufacturing techniques, strict quality control measures, and state-of-the-art equipment, manufacturers can ensure the production of high-quality UHMWPE fibers that meet the stringent requirements of various industrial and commercial applications.。

高强高膜聚乙烯纤维的性能及其应用摘要：高强高模聚乙烯纤维是新兴的高分子纤维，与碳纤维、芳伦并列为三大高性能纤维，其性能优异，已在广泛应用于各个领域。

对此，本文对该纤维进行介绍，了高强聚乙烯纤维的性能及其应用发展。

1 高强高膜聚氯乙烯纤维的定义高强高模聚乙烯纤维(也称为超高分子量聚乙烯纤维，英文Ultr a High Molecular Weight Polyeth ylen e Fiber，简称UHMWPE)，是上世纪80年代初研制成功的高性能有机纤维，它是当今世界三大高科技纤维（碳纤维、芳伦、高强高模聚乙烯纤维）之一，是一种具有高度取向直链结构的纤维。

2.高强高膜聚乙烯纤维生产工艺方法UHMWPE 纤维的生产采用凝胶纺丝(又称冻胶纺丝) 方法进行。

现有的生产工艺可以分为两大类, 一类以DSM 和东洋纺为代表的干法纺丝法,另一类以Hon eywell 为代表的湿法纺丝法。

两者的主要区别是采用了不同的溶剂和后续工艺。

DSM工艺采用十氢萘溶剂。

十氢萘易挥发,可以采用干法纺丝, 省去了其后的萃取工段; Hon ey well 采用石蜡油溶剂,需要后续的萃取工段,用第2溶剂( 萃取剂) 将第1溶剂萃取出来。

Hon ey well 等公司采用的石蜡油( par affin oil) , 又称矿物油( min er al oil) 或者白油( whit e oil)。

一般为沸点高于350的烃类混合物。

国内现有的生产厂家大多数都采用石蜡油为溶剂的湿法纺丝工艺。

3. 高强高膜聚乙烯纤维的性能超高分子聚乙烯纤维具有高取向度，高结晶度，微纤沿拉伸方向排列规整度高，使用电子显微镜还能够观察到“串晶”结构。

这些结构赋予其良好的机械性能: 沿纤维轴向方向，纤维具有很高的耐拉伸性，比强度，比模量都较高; 即使在很低的温度下，该纤维仍能够保持柔软，有研究表明，即使在－ 150℃的条件下，纤维也无脆化点。

3.1 耐高能辐射性能超高分子量聚乙烯纤维在受到高能辐射，如电子射线或γ射线的照射时，分子链会发生断裂，纤维强度会降低。

超高分子量聚乙烯纤维的性能与应用作者：刘佳来源：《中国化工贸易·上旬刊》2020年第03期摘要：超高分子量聚乙烯纤维是世界上几种优良的高性能纤维之一。

由于其在化学和物理性能方面的优势，它被广泛用于许多行业，例如国防军事，工业生产，航天航空等。

超高分子量聚乙烯纤维是中国发展的重要项目，并且也是特种纤维之一。

本文对超高分子量聚乙烯纤维的性能和应用进行了综述。

关键词：超高分子量聚乙烯纤维;性能;应用1 超高分子量聚乙烯纤维的优良性能UHMWPE 的独特结构赋予了其优秀的理化特性，但 UHMWPE 柔性线性大分子主链结构及其极高的分子量（长的分子主链）同时制约了这一材料的成型工艺。

由于其分子链较长，UHMWPE 大分子链在熔融后仍然保持着高度的相互卷曲缠绕状态，导致其在熔融状态下粘度过高，不能形成粘流态而是呈现高弹态，熔融指数几乎为0，因此无法通过聚乙烯常用的热熔融实现挤出和纺丝等加工成型方法;同时，高弹态下的UHMWPE 具有的临界剪切速度较低，熔体的粘度很大，因此在挤出或者注塑工艺中容易使制品表面出现起伏不平、扭结、粗糙、熔体破裂等问题，同样是造成材料难以加工的因素。

与常规纤维相比，UHMWPE 纤维的最让人关注的是其超高的拉伸强度及拉伸模量、较低的密度、以及柔性链结构为基础的高抗冲性能。

另外，UHMWPE 纤维的绝缘性，耐低温性，化学稳定性及疏水性等均较优异。

1.1 超高分子量聚乙烯纤维优良的力学性能UHMWPE纤维具有优异的力学性能。

在相同线密度下，UHMWPE纤维的拉伸强度是钢丝绳的15倍，比芳纶纤维高40%，是优质钢纤维和普通复合纤维的10倍。

与钢、E夹层玻璃、尼龙、聚烯胺相比，具有更高的强度和模量，在相同质量的原材料中，强度最高。

1.2 超高分子量聚乙烯纤维优良的密度与比强度UHMWPE纤维的密度约为0.95g/cm3～0.98g/cm3，与碳纤维、芳纶纤维相比具有更低的密度，密度小于水的密度，与聚丙烯类似，是一种密度小于水的特种高性能纤维。

超高分子量聚乙烯纺丝工艺超高分子量聚乙烯（Ultra-high molecular weight polyethylene，简称UHMWPE）是一种具有特殊性能的工程塑料，其分子量通常在100万至9000万之间。

由于其优异的物理性能和化学性能，在纺丝工艺中应用广泛。

本文将着重介绍超高分子量聚乙烯纺丝工艺的原理和应用。

一、超高分子量聚乙烯的特性超高分子量聚乙烯是一种线性结构的聚合物，具有极高的分子量和良好的高分子结晶性。

其主要特性包括：1. 高强度和高韧性：超高分子量聚乙烯的拉伸强度是普通聚乙烯的数倍，具有出色的抗拉伸和抗冲击性能。

2. 耐磨性：超高分子量聚乙烯具有良好的耐磨性，在多种恶劣条件下都能保持较低的摩擦系数。

3. 自润滑性：由于其分子链的长且相互排列有序，超高分子量聚乙烯具有良好的自润滑性，能够减少摩擦损失。

4. 化学稳定性：超高分子量聚乙烯对酸、碱、溶剂等化学品具有良好的耐腐蚀性。

超高分子量聚乙烯纺丝工艺是将UHMWPE材料通过加工工艺转化为纤维的过程。

其主要步骤包括：1. 原料准备：选择分子量较高的UHMWPE树脂作为原料，并进行预处理，如烘干和造粒。

2. 熔融挤出：将预处理后的UHMWPE树脂加热至熔融状态，并通过挤出机将熔融物挤出成型。

3. 拉伸冷却：将挤出的熔融物拉伸至所需的纤维直径，并通过冷却装置使其迅速冷却固化。

4. 卷绕和加工：将冷却固化后的纤维卷绕成卷筒，并进行后续的切割、整理和包装等加工过程。

三、超高分子量聚乙烯纺丝工艺的应用超高分子量聚乙烯纺丝工艺在多个领域得到了广泛应用，主要包括以下几个方面：1. 高性能纤维制备：超高分子量聚乙烯纤维具有高强度、高韧性和耐磨性等特点，可用于制备防弹衣、防刺穿手套、划船绳索等高性能纤维制品。

2. 工程塑料改性：将超高分子量聚乙烯纤维与其他工程塑料进行复合改性，可提高塑料的强度、耐磨性和耐腐蚀性，适用于制造轴承、齿轮、导轨等工程零部件。

超高分子量聚乙烯纤维抗蠕变性能研究
摘要：蠕变是材料在恶劣环境下长期受力后产生的一种塑性变形现象。

超高分子量聚乙烯纤维作为一种具有优异性能的工程材料，其抗蠕变性能对其应用范围和寿命具有重要影响。

本研究通过实验研究了超高分子量聚乙烯纤维的抗蠕变性能，并对其影响因素进行了探讨。

实验结果表明，超高分子量聚乙烯纤维具有较好的抗蠕变性能。

在高温和长时间受力的条件下，纤维的蠕变变形较小。

同时，纤维的抗蠕变性能还受到应力水平和应力历史的影响。

在相同应力水平下，应力历史越长，纤维的蠕变变形越大。

这是由于长时间的应力作用会导致纤维内部结构的改变，使其易于发生蠕变变形。

进一步研究发现，超高分子量聚乙烯纤维的抗蠕变性能与其分子量和结晶度密切相关。

分子量越高、结晶度越高的纤维具有更好的抗蠕变性能。

这是因为高分子量和高结晶度可以增加纤维的强度和刚度，使其能够更好地抵抗蠕变变形。

此外，纤维的表面处理也对其抗蠕变性能有一定影响。

疏水性表面处理可以减少纤维与环境中水分子的接触，从而降低蠕变变形。

而表面润湿性处理则会增加纤维与水分子之间的接触，导致蠕变变形加剧。

综上所述，超高分子量聚乙烯纤维具有较好的抗蠕变性能，其分子量、结晶度和表面处理等因素对其抗蠕变性能具有重要影响。

这些研究结果为超高分子量聚乙烯纤维在工程领域的应用提供了理论依据和实验支持。

关键词：超高分子量聚乙烯纤维；抗蠕变性能；分子量；结晶度；表面处理。

超高分子量聚乙烯纤维项目可行性研究报告新一、项目背景与意义超高分子量聚乙烯纤维（Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylene Fiber, UHMWPE Fiber）是一种高性能纤维材料，具有超强的力学性能和优异的化学稳定性，被广泛应用于航空航天、国防军工、体育器材和防护装备等领域。

随着科技的进步和市场需求的增加，UHMWPE纤维的应用前景非常广阔。

本项目拟建一条年产2000吨的超高分子量聚乙烯纤维生产线，以满足市场对高性能纤维的需求。

本报告旨在进行超高分子量聚乙烯纤维项目的可行性研究，为项目的实施提供依据。

二、市场分析1.UHMWPE纤维市场需求随着人们对个人安全和防护需求的增加，UHMWPE纤维在现代化军事、警用和安防装备中得到广泛应用。

市场需求稳定增长，尤其是在亚洲和北美市场。

2.竞争分析目前，国际上的UHMWPE纤维生产主要由美国、荷兰、日本等国家和地区的企业垄断，行业集中度较高。

国内市场上，UHMWPE纤维的供应相对不足，市场潜力巨大。

三、技术可行性分析1.UHMWPE纤维生产工艺UHMWPE纤维的生产工艺主要包括原料配方、高分子聚合、纺丝、拉丝等环节。

技术较为成熟，国内已经存在一定的生产经验和技术优势。

2.项目投资本项目拟投资1亿元，主要用于土地、厂房建设、设备采购等方面。

根据市场需求和技术水平，投资回报期在5年左右。

四、财务可行性分析1.成本分析根据市场价格和技术水平，项目生产成本约为每吨2万元。

2.收益分析假设项目正常运行，年销售收入为2亿元。

考虑生产成本和市场需求，项目预计可实现年平均利润5000万元，投资回报率可达到20%以上。

五、风险分析1.技术风险虽然UHMWPE纤维生产工艺较为成熟，但仍存在一定的技术风险，包括原料选择、工艺控制等方面。

2.市场风险随着竞争的加剧和市场环境的变化，UHMWPE纤维市场存在一定的不确定性和波动性。

六、项目实施建议1.技术优势项目应充分利用国内现有的技术优势和资源，借鉴国外先进经验，提升产品质量和生产效率。