超高分子量聚乙烯纤维的介绍

超高分子量聚乙烯纤维的介绍

超高分子量聚乙烯纤维，与碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维并称作四大高性能纤维，是目前已工业化纤维材料中比强度和防弹性能最高的纤维。由于分子量极高，超高分子量聚乙烯具有普通聚乙烯和其它工程塑料所无可比拟的综合使用性能，被欧美许多国家称为“令人惊异的塑料”。

超高分子量聚乙烯纤维拥有诸如高强高模、耐冲击性、耐磨性、耐化学腐蚀、电绝缘和耐光性等优异的性能，其比强度相当于优质钢丝的15倍、碳纤维的1.8倍、芳纶的1.6倍，拥有超低的断裂伸长率，能量吸收率高，柔软易弯曲，且密度比水小，在国防军工和民用工业上都有广泛的应用，是强国强军的战略物资，在许多行业获得广泛应用，是目前制造防弹衣、防弹头盔和防护装甲的首选材料。

它有7大应用领域：01 国防军工领域UHMWPE纤维“轻薄如纸、坚硬如钢”，用该纤维增强的树脂复合材料制成的防弹、防爆头盔已成为钢盔和芳纶增强的复合材料头盔的替代品。国外用UHMWPE纤维增强的树脂复合材料制成的防弹头盔、防暴头盔已逐渐替代钢头盔和芳纶复合材料头盔。随着国防军工军备水平的提高，对UHMWPE纤维产业的需求驱动力也将越来越大。02 航空航天领域在航天工程中，由于该纤维复合材料轻质高强和抗冲击性能好，因此可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。03 海洋领域在海洋产业中，UHMWPE纤维以其优良的性能，迅速成为海上用绳缆、船舶系留绳、远洋渔网和海上养殖网箱等的主要材料。其市场需求保持旺盛的增长，特别是绳索、缆绳等绳网制造业，用UHMWPE制成的绳索、缆绳，在自重下的断裂长度远远高于钢绳和芳纶，且比水轻、能浮于水面之上，同时又耐海水腐蚀和紫外线的照射，可保证更长的使用寿命。

未来市场需求将保持旺盛的增长。04 体育器材领域在体育器材领域，UHMWPE纤维可制成安全帽、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。05 医疗卫生领域在医疗卫生领域，UHMWPE纤维增强复合材料用于牙托材料、医用植入物和整形缝合等方面，其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，已进入临床应用。

还可用于医用手套和其他医疗设备等方面。06 建筑领域在建筑行业中，UHMWPE纤维增强复合材料可以用作墙体、隔板结构等，作为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。UHMWPE纤维还可用作建材吊绳、建筑防护网、吊货网等。

07 其他领域应用在工业应用中，UHMWPE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。由于UHMWPE纤维及其复合材料具有优良的耐磨性、耐冲击性，在机械制造行业中可制作各种齿轮、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。（广东博皓复合材料有限公司是一家复合材料行业整体解决方案服务商，致力于为客户提供更为完善的复合材料产品解决方案，更为顶尖的复合材料工艺及技术服务，更为先进的复合材料模具设计与制造。

超高分子聚乙烯可以做弓弦用吗？

超高分子量聚乙烯纤维可以制作弓弦超高分子量聚乙烯纤维是当今世界上第三代特种纤维，强度高达30.8cN/dtex,比强度是化纤中最高的，又具有较好的耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐光等优良性能。它可直接制成绳索、缆绳、渔网和各种织物：防弹背心和衣服、防切割手套等，其中防弹衣的防弹效果优于芳纶。

国际上已将超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纤维织成不同纤度的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳等。

超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纤维的复合材料在军事上已用作装甲兵器的壳体、雷达的防护外壳罩、头盔等；体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。超高分子量聚乙烯是一种高分子化合物，很难加工，并且具有超强的耐磨性、自润滑性，强度比较高、化学性质稳定、抗老化性能强，所以在辨别真假高分子聚乙烯时，一定要注意它的这几项特性，具体辨别方法如下：1.称重法则：纯超高分子量聚乙烯制成的产品的比重在0.93-0.95之间，密度较小，能浮于水面。如果不是纯正的聚乙烯材料，将会沉入水底。2.温度测量：纯正的超高分子量聚乙烯产品，在摄氏200度时是不会熔化， 不会变形，但会变软。

如果不是纯正的超高分子量聚乙烯材料在摄氏200度时是会有变形的。3.目视方法：真正的超高分子量聚乙烯表面平整、均匀、光滑而且切面密度非常均匀，如果不是纯正的聚乙烯材料色泽暗淡而且密度不匀。4.边缘测试法：纯正的超高分子量聚乙烯翻边端面圆润、均匀、光滑，如果不是纯正的聚乙烯材料翻边端面有裂纹，且在加热后翻边时会出现掉渣现象。

李先生您好，请问超高分子量的聚乙烯和橡胶可以复合到一起吗？

超高分子量的聚乙烯和橡胶可以复合到一起。超高分子量的聚乙烯具有非常高的强度和耐候性能，橡胶具有良好的弹性，二者复合可以取长补短，形成性的弹性体材料。

例如，国内有大量的研究聚乙烯和顺丁橡胶复合材料的研究，复合后的材料称为TPV-PE/BR共混型热塑性弹性体，顺丁橡胶与聚乙烯经过密炼、开炼混合，然后用压制成型，即可制备热塑性弹性体，制备的材料具有非常好的弹性和良好的抗冲击性能。

超高分子量聚乙烯的成型加工

由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）熔融状态的粘度高达108Pa*s，流动性极差，其熔体指数几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的加工技术得到了迅速发展，通过对普通加工设备的改造，已使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。

1.压制烧结(1)压制烧结是超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）最原始的加工方法。

此法生产效率颇低，易发生氧化和降解。为了提高生产效率，可采用直接电加热法(2)超高速熔结加工法，采用叶片式混合机，叶片旋转的最大速度可达150m/s，使物料仅在几秒内就可升至加工温度。2.挤出成型挤出成型设备主要有柱塞挤出机、单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。双螺杆挤出多采用同向旋转双螺杆挤出机。

60年代大都采用柱塞式挤出机，70年代中期，日、美、西德等先后开发了单螺杆挤出工艺。日本三井石油化学公司最早于1974年取得了圆棒挤出技术的成功。我国于1994年底研制出Φ45型超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）专用单螺杆挤出机，并于1997年取得了Φ65型单螺杆挤出管材工业化生产线的成功。

(3)注塑成型日本三井石油化工公司于1974年开发了注塑成型工艺，并于1976年实现了商业化，之后又开发了往复式螺杆注塑成型技术。1985年美国Hoechst公司也实现了超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的螺杆注塑成型工艺。我国1983年对国产XS-ZY-125A型注射机进行了改造，成功地注射出啤酒罐装生产线用超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）托轮、水泵用轴套，1985年又成功地注射出医用人工关节等。

(4)吹塑成型超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）加工时，当物料从口模挤出后，因弹性恢复而产生一定的回缩，并且几乎不发生下垂现象，故为中空容器，特别是大型容器，如油箱、大桶的吹塑创造了有利的条件。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）吹塑成型还可导致纵横方向强度均衡的高性能薄膜，从而解决了HDPE薄膜长期以来存在的纵横方向强度不一致，容易造成纵向破坏的问题。 1. 冻胶纺丝(1)发展过程以冻胶纺丝—超拉伸技术制备高强度、高模量聚乙烯纤维是70年代末出现的一种新颖纺丝方法。

荷兰DSM公司最早于1979年申请专利，随后美国Allied公司、日本与荷兰联合建立的Toyobo-DSM公司、日本Mitsui公司都实现了工业化生产。中国纺织大学化纤所从1985年开始该项目的研究，逐步形成了自己的技术，制得了高性能的超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纤维。(2)纺丝过程超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）冻胶纺丝过程简述如下：溶解超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）于适当的溶剂中，制成半稀溶液，经喷丝孔挤出，然后以空气或水骤冷纺丝溶液，将其凝固成冻胶原丝。在冻胶原丝中，几乎所有的溶剂被包含其中，因此超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）大分子链的解缠状态被很好地保持下来，而且溶液温度的下降，导致冻胶体中超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）折叠链片晶的形成。

这样，通过超倍热拉伸冻胶原丝可使大分子链充分取向和高度结晶，进而使呈折叠链的大分子转变为伸直链，从而制得高强度、高模量纤维。(3)应用超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纤维是当今世界上第三代特种纤维，强度高达30.8cN/dtex,比强度是化纤中最高的，又具有较好的耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐光等优良性能。它可直接制成绳索、缆绳、渔网和各种织物：防弹背心和衣服、防切割手套等，其中防弹衣的防弹效果优于芳纶。国际上已将超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纤维织成不同纤度的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳等。

超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纤维的复合材料在军事上已用作装甲兵器的壳体、雷达的防护外壳罩、头盔等；体育用品上已制成弓弦、雪橇和滑水板等。2. 润滑挤出(注射)润滑挤出(注射)成型技术是在挤出(注射)物料与模壁之间形成一层润滑层，从而降低物料各点间的剪切速率差异，减小产品的变形，同时能够实现在低温、低能耗条件下提高高粘度聚合物的挤出(注射)速度。产生润滑层的方法主要有两种：自润滑和共润滑。(1)自润滑挤出(注射)超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的自润滑挤出(注射)是在其中添加适量的外部润滑剂，以降低聚合物分子与金属模壁间的摩擦与剪切，提高物料流动的均匀性及脱模效果和挤出质量。

外部润滑剂主要有高级脂肪酸、复合脂、有机硅树脂、石腊及其它低分子量树脂等。挤出(注射)加工前，首先将润滑剂同其它加工助剂一起混入物料中，生产时，物料中的润滑剂渗出，形成润滑层，实现自润滑挤出(注射)。有专利报道：将70份石蜡油、30份超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）和1份氧相二氧化硅(高度分散的硅胶)混合造粒，在190℃的温度下就可实现顺利挤出(注射)。

(2)共润滑挤出(注射)超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的共润滑挤出(注射)有两种情况，一是采用缝隙法将润滑剂压入到模具中，使其在模腔内表面和熔融物料间形成润滑层；二是与低粘度树脂共混，使其作为产物的一部分。如：生产超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）薄板时，由定量泵向模腔内输送SH200有机硅油作润滑剂，所得产品外观质量有明显提高，特别是由于挤出变形小，增加了拉伸强度。 采用玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉、二氧化硅、三氧化二铝、二硫化钼、炭黑等对超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）进行填充改性，可使表面硬度、刚度、蠕变性、弯曲强度、热变形温度得以较好地改善。

用偶联剂处理后，效果更加明显。如填充处理后的玻璃微珠，可使热变形温度提高30℃。玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉等可提高硬度、刚度和耐温性；二硫化钼、硅油和专用蜡可降低摩擦因数，从而进一步提高自润滑性；炭黑或金属粉可提高抗静电性和导电性以及传热性等。但是，填料改性后冲击强度略有下降，若将含量控制在40%以内，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）仍有相当高的冲击强度。

超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）树脂的分子链较长，易受剪切力作用发生断裂，或受热发生降解。因此，较低的加工温度，较短的加工时间和降低对它的剪切是非常必要的。为了解决超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的加工问题，除对普通成型机械进行特殊设计外，还可对树脂配方进行改进：与其它树脂共混或加入流动改性剂，使之能在普通挤出机和注塑机上成型加工，这就是2.2.2中介绍的润滑挤出(注射)。

共混法改善超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的熔体流动性是最有效、最简便和最实用的途径。这方面的技术多见于专利文献。共混所用的第二组份主要是指低熔点、低粘度树脂，有LDPE、HDPE、PP、聚酯等，其中使用较多的是中分子量PE(分子量40万～60万)和低分子量PE(分子量<40万)。当共混体系被加热到熔点以上时，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）树脂就会悬浮在第二组份树脂的液相中，形成可挤出、可注射的悬浮体物料。

(1)与低、中分子量PE共混超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）与分子量低的LDPE(分子量1，000～20，000，以5，000～12，000为最佳)共混可使其成型加工性获得显著改善，但同时会使拉伸强度、挠曲弹性等力学性能有所下降。HDPE也能显著改善超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的加工流动性，但也会引起冲击强度、耐摩擦等性能的下降。为使超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）共混体系的力学性能维持在一较高水平，一个有效的补偿办法是加入PE成核剂，如苯甲酸、苯甲酸盐、硬脂酸盐、己二酸盐等，可以借PE结晶度的提高，球晶尺寸的微细均化而起到强化作用，从而有效阻止机械性能的下降。

有专利指出，在超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）/HDPE共混体系中加入很少量的细小的成核剂硅灰石(其粒径尺寸范围5nm～50nm，表面积100m2/g～400m2/g)，可很好地补偿机械性能的降低。(2)共混形态超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的化学结构虽然与其它品种的PE相近，但在一般的熔混设备和条件下，它们的共混物都难以形成均匀的形态，这可能与组份之间粘度�。