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高强高模聚乙烯纤维的性能与应用研究

2022-11-23 来源:高分子物理学公众号 浏览数:1

高强高模聚乙烯纤维的性能

与应用研究”

 

引言

UHMWPE纤维是继碳纤维、芳纶之后的第三代高性能特种纤维,虽然数量上不能和其他大品种化纤相比,但作用重大,已成为高科技领域不可缺少的化工新材料。

以粉末状超高相对分子质量聚乙烯为原料,采用全新的冻胶纺丝-超倍拉伸工艺技术,制得了UHMWPE纤维,使化学纤维研究开发和工业化规模生产在20世纪70年代后期取得了新的进展。UHMWPE纤维以其突出的抗冲击性和抗切割性、耐化学腐蚀、抗紫外线、很强的抗低温能力等优异性能特点,在世界上成为21世纪蓬勃发展的高新技术材料而广泛用于安全防护、航空航天、航海、兵器、造船等诸多领域,制作防弹衣、头盔、胸甲等个体防护装备,坦克和舰艇的装甲防护板,超低温超导材料,船舶海洋工程缆绳和渔网等。

 

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01

UHMWPE性能介绍

UMWPE 纤维特殊的结构特征决定了它具有许多良好的优异的性能。一般而言,高强高模聚乙烯纤维本身具有三种形状:即单丝、复丝和带子,形状规格不同其物理性能差异较大。UHMWPE 纤维具有很高的轴向比拉伸强度和模量,而且能量吸收性能比芳纶优越,并且也弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等断裂应变高性能结小的弱点。同时它还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、介电常数低、电磁波透射 率高、摩擦系数低与突出的抗冲击、抗切割等优异性能。它是目前强度最高的纤维之一,比强度能达到优质钢的15倍,模量也很高,仅次于特种碳纤维。断裂伸长率较其它特种纤维高,断裂功很大。

 

#1

高品质的抗冲击性

UHMWPE纤维具有优异的抗冲击性,分别是芳酞胺纤维、碳纤维和夹层玻璃纤维总吸收动能的2.6倍、1.8倍和3.6倍。

 

#2

高质量的耐磨性

与碳纤维和芳酞胺纤维相比,UHMWPE纤维的耐磨性和弯曲疲劳性明显更高,因此,与其他高性能纤维相比,具有更好的耐磨性。另外,优异的抗挠曲变形性赋予UHMWPE纤维良好的生产和加工性能,便于制造纺织品和其他聚合物材料。

 

#3

优质的耐溶剂腐蚀性能

UHMWPE纤维化学结构单一,是具有高度取向和高度结晶的结构。在强碱酸中,活性基团的攻击是不容易的,因此,可承受大多数化合物的腐蚀。

 

#4

优异的耐光性

由于其化学结构,UHMWPE纤维是有机化学纤维中具有最佳耐光性的纤维。在经受1 500 h的日光照射后,纤维的抗压强度维持率约为60%,其他纤维则低于50%。

 

 

02

应用领域

01

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医疗、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、防弹罩、防弹衣、盾牌等,其中亦在防弹衣中的应用最引人注目。

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02

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。以其制成的武装直升机和战斗机的壳体材料还具有优异的防弹性能。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,其开展速度异常迅速。

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03

民用方面的应用

绳索、缆绳、船帆和渔具用高强高模聚乙烯纤维制成,在海洋工程中获得广泛的运用。

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在体育用品中,各类球拍、安全帽、滑雪板、帆轮板、钓竿、冲浪板和自行车骨架材料的增强材料都可用高强高模聚乙烯纤维。

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在生物医用材料方面,一些牙托材料、医用缝合线、医用移植物和一些人造韧带、人造肢体、人造关节等组织器官方面已经成功运用该材料。

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在工业领域,高强高模聚乙烯纤维及复合材料,制作的范围也很广,如可制作汽车缓冲板、耐压容器、过滤材料、传迭带等;建筑领域的墙体、隔板结构等可使用该材料,水泥韧度的改善可用高强高模聚乙烯纤维,也可用作增强水泥复合材料,使其抗冲击性能得到提高

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THE

END

 

 

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