超高相对分子质量聚乙烯纤维
浅谈超高相对分子质量聚乙烯纤维
温乐斐 10103638 复材101
1 前言
通常条件下聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、脂肪族聚酰胺及聚酯等柔性成纤聚合物在熔融或溶液纺丝成形及后处理过程中，大分子多呈折叠结构，只能制成满足一般要求的化学纤维。1975年荷兰DSM公司以十氢萘为溶剂，采用凝胶纺丝-超拉伸技术试制出具有优异抗张性能的超高相对分子质量聚乙烯（UHMW-PE）纤维，打破了只能由刚性高分子制取高强高模纤维的传统局面。
超高相对分子质量聚乙烯纤维具有轻质高强、高模量、耐试剂侵蚀、抗氧化、透波性好、高韧性、优良的自润滑性等优点，故而在航天航空、军事工业等重要部门得到广泛应用。用Ziegler-Natta催化剂加上低压聚合技术制得的线性高密度聚乙烯，其相对分子质量大于100万，密度为0.96~0.98g/cm3，结构规整、易结晶，晶体强度的理论值为31 GPa，结晶模量的理论值为316 Gpa，晶格中分子链呈平面锯齿状。
目前国外UHMW-PE纤维的主要生产厂家包括DSM公司、Honeywell公司、DSM-东洋纺公司、三井石化公司等，总产量约3000t。世界UHMWPE纤维的需求约为1．2×104～1.5×104t，每年可望以5％的速率增长。国内在UHMW-PE纤维方面的研究始于20世纪80年代，先后由中国纺织科学研究院、中国纺织大学（现东华大学）、天津纺织工学院（现天津工业大学）、总后勤部军需装备研究所、北京合成纤维技术研究所等单位完成了小试工作。目前在我国浙江、江苏、湖南和北京等地先后建成具有数十到数百吨/年规模的纤维生产线，为UHMW-PE纤维的国产化奠定了基础。随着生产技术的发展，从而使得UHMW-PE纤维应用领域也越来越广。表1为国内外凝胶纺丝法生产UHMW-PE纤维性能情况:
2 UHMW-PE纤维的制备
从分子结构角度考虑，最接近理论极限强度的聚合物是高密度线性聚乙烯，其分子具有平面成锯齿形的简单结构，没有大体积的侧基、结晶度好、分子链间无较强的结合键，这些结构特征可以大大减少缺陷的产生，是顺利进行高倍拉伸的
关键。当纤维的大分子链完全伸展，并沿纤维轴伸直平行取向时，纤维的极限强度是大分子链极限强度的加和分子链的极限强度可由分子链上碳-碳原子间的共价键强度和分子截面积计算得到。根据Peterlin形态结构模型，用常规纺丝法制得的纤维中，微原纤由折叠链中片晶和非晶区交替排列呈串联的连接方式，要提高纤维的强度和模量就必须增加非晶体的缠结分子数。在拉伸力的作用下，非晶区的大分子逐渐被拉直形成缠结分子，晶区的折叠链逐渐伸展成伸直链，纤维的微观结构向单一的伸直链结晶结构过渡，使纤维的强度和模量向理论值靠拢。因此UHMW-PE的生产方法主要有凝胶纺丝法和熔体挤出法。其它正在研究开发的制法还有：纤维状结晶成长法；单结晶超拉伸法；处理聚合物的超拉伸法；局部交联超拉伸法等。目前已工业化的全都采用凝胶纺丝-超倍拉伸工艺，过程主要包括：溶解、凝胶原丝成形、去溶剂、拉伸。
纤维的生产过程中，溶剂的选择尤其重要。目前常用的溶剂主要是十氢萘、石蜡油、煤油等。
3 UHMW-PE纤维的结构
通常，纤维的力学性能取决于大分子主链中最弱的键合。碳-碳双键和叁键的键强都高于单键。对碳-碳键而言，单键、双键和叁键的键角分别为 112o、1220和1800，显然含不饱和键的分子有利于制成高性能成纤聚合物，但合成含不饱和键的高相对分子质量聚合物的技术难度较大。同样，如果每个大分子的横截面积越小，即单位纤维横截面积上所能容纳的分子数量越多，则所得纤维的抗张性能越好。因此，作为高性能成纤聚合物，大分子线性化和具有横截面对称性是必要的。UHMW-PE纤维的高强高模特性来源于它本身的超高相对分子质量、沿轴向高度取向和完善的晶体。UHMW-PE纤维的大分子链高度取向、高度结晶，纤维内晶区及非晶区的大分子充分伸展，形成部分伸直链结构；折叠链、伸直链结构共存，具有典型的串晶结构；非晶区内含有大量的张紧缚结分子，内仅含有少量链端、扭曲等缺陷，并散布于纤维中。含有张紧缚结分子的非晶区部分是影响力学性能的关键部分。
4 UHMW-PE纤维的性能
UHMW-PE纤维具有很高的轴向比拉伸强度和模量，而且能量吸收性能和阻尼性能比芳纶优越，并且也弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等断裂应变小的弱点。UHMW-PE纤维在目前所有合成纤维中强度和耐磨性是最高的，同时还具备最高的冲击强度。据文献报道，其耐冲击性比聚甲醛高14倍，比ABS高3倍，是芳纶和碳纤维复合材料的3倍。表2是几种高性能纤维的力学性能比较。
5 UHMW-PE的改性研究
UHMW-PE纤维具有突出的耐溶剂性和化学稳定性，介电常数和介电损耗非常小，可用于高结构刚性、低介电损耗的复合材料中。并且UHMW-PE纤维价格比碳纤维、芳纶低，在防护材料、绳索、耐低温材料有着广阔的应用前景。但UHMW-PE纤维最明显的缺点就是其耐热性比其它纤维差，其强度和模量受温度变化的影响较大，一般只能在100℃下使用，否则就会引起纤维结构发生变化从而失去其优异的特性；应力作用下容易产生蠕变，限制了纤维在高强绳索领域的应用；并且UHMW-PE 纤维与任何基体之间粘合差，原因在于它们的化学组成只含有亚甲基基团，表面呈现化学惰性，故而非极性的性质使它们很难润湿，使得其复合材料的层间抗剪切强度较差，最终造成复合材料在使用过程中常以层间破坏的形式出现。所以要充分利用UHMW-PE优良的机械性能就必须对它进行表面改性。
5.1 表面改性的研究
对于UHMW-PE纤维的粘结性问题，主要采用对UHMW-PE纤维进行表面处理。使其表面变得粗糙，增大与树脂的接触面积从而增加两者间的结合力，或在其表面上形成活性点和极性基团、接枝上与树脂相容的单体，增加与树脂基体间的粘结性。主要有化学试剂浸蚀法、等离子处理、电晕放电处理、辐射接枝处理、光致交联处理等。
化学处理主要利用强氧化剂对 UHMW-PE纤维进行处理，在其表面形成活性点或极性基团，增加纤维和树脂基体之间的粘接性。化学法处理常用的处理剂有铬酸、有机过氧化物、氯磺酸、硝酸、高锰酸钾、磷酸等。铬酸处理过程中纤维表面发生了氧化反应而引入极性基团，氧化机理为先生成四价铬的中间产物，再水解生成醇，进一步氧化生成烯、醛、酮或羧基。含氧极性基团（-OH、-COOH）参与了环氧树脂的固化作用，使粘接界面的相互作用得到加强。学者吴越用铬酸氧化法对UHMW-PE纤维进行了表面处理，研究了处理介质、处理时间对UHMW-PE 纤维/环氧复合材料层间剪切强度的影响。结果发现：铬酸氧化处理对UHMW-PE 纤维布处理效果较好，处理后复合材料的层间剪切强度可达到18MPa以上，比未处理的提高3倍以上。同时，纤维/乙二醇的接触角减小，浸润性提高。
等离子处理也是一种常用的表面改性方法，常用的等离子体系有氦气、氮气、氧气、氩气、空气和氨等离子体。等离子处理有等离子焊接法和等离子紫外接枝法两种方法。等离子紫外接枝法是在进行等离子焊接处理后，用紫外灯辐照使之与丙烯酰胺、丙烯酸、马来酸酐、甲基丙烯酸环氧酯引发接枝聚合。从接枝效果看，等离子紫外接枝法优于等离子焊接法，但等离子焊接法和处理过程简单。Sung 等人利用氧化等离子体法对UHMW-PE／乙烯基酯复合材料表面进行了处理。结果发现，处理后的纤维复合材料拉伸强度提高了，这主要是因为氧化等离子处理以后，产生了许多破坏引发点，共价键断裂，UHMW-PE纤维相与基体树脂相从表面到内层形成了机械互锁结构。
尽管用于UHMW-PE纤维表面改性的方法很多，但是由于受设备、环境条件等因素影响，各种方法都有其可取和不足之处。如吴越等人分别采用空气等离子法、化学氧化法、紫外接枝处理法对UHMW-PE纤维表面进行改性，发现3种方法都可以有效提高纤维织物与环氧树脂之间的粘合强度，且使层间剪切强度达到18.1MPa以上。但是，3种方法处理后的纤维表面状态不同，且操作的难易程度不同。化学氧化法易侵蚀纤维本体，且废液在不处理的情况下易造成环境污染；
空气等离子法虽不污染环境，处理后的纤维表面含氧量也最高，但需在真空状态下进行，且很难保证纤维处理的均一；而紫外接枝法则需考虑环境中的氧问题。
5.2 蠕变性的改进研究
由凝胶纺丝法制备的UHMW-PE纤维具有特别高的强度和模量，但蠕变性较高限制了其应用。纤维蠕变性较高的原因是其结构为线型结构，主链由亚甲基基团组成，分子链之间没有像氢键那样强的相互作用，分子结构中存在着结晶部分和非结晶部分，结晶和非结晶态有一个非常复杂的微观结构。改进纤维蠕变性能的主要方法是使纤维自身交联或者与其他纤维混杂等。交联主要通过对纤维辐射处理来完成，也可与碳纤维、芳纶等混杂来实现其抗蠕变性能。
有相关学者提出可以通过采用玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉、二氧化硅、三氧化二铝、二硫化钼、碳黑等对UHMW-PE进行填充改性，以提高UHMW-PE纤维的耐热性和抗蠕变性，结果表明，用偶联剂处理后，改善效果更加明显，如填充处理后的玻璃微珠，可使热变形温度提高30℃，但是填料改性后使UHMW-PE的抗冲击强度有所下降。但目前,纤维的蠕变性能还未能得到很好的解决。因此如何提高纤维的抗蠕变性能仍是今后研究的主要任务及方向之一。
6 UHMW-PE纤维复合材料的研究及应用
UHMW-PE纤维一般作为增强相与树脂复合。赋予复合材料优异的防护装甲性能、耐冲击性能、耐磨性及电性能。Seung-Goolee研究了UHMW-PE纤维增强低密度聚乙烯(LDPE)复合材料的结晶性能。结果发现，LDPE基体的结晶行为受纤维相的影响，结晶转变发生在纤维表面，不同的结晶行为也同样影响着树脂基体与纤维表面的界面粘合性。UHMW-PE纤维与不同的树脂基体复合，有着不同的性能及用途。
6.1 防弹防护复合材料
目前所生产的UHMW-PE纤维主要用于生产轻质防弹头盔、防弹板及软质防弹服等防护材料。已有研究人员以UHMW-PE纤维织物和UHMW-PE纤维增强复合材料为研究对象，分析了UHMW-PE的防弹性能。使用适量树脂基体和UHMW-PE纤维复合，经压制形成板材或片材，作为防弹复合材料。防弹头盔可采用UHMW-PE纤维织物与热塑性树脂层压制成，寿命长、质量轻、具有佩戴舒适性。同样防护等级的头盔，UHMW-PE纤维制品比对位型芳香族聚酰胺纤维的轻30%~50%，所以使用UHMW-PE纤维制成的头盔可以减轻佩戴者的疲劳程度和不舒适感，有利于集中精力执行任务。防弹头盔的生产工艺较之软质防弹片材复杂，需将无膜结构的正交铺层UHMW-PE纤维预浸料裁剪成适当的形状，放入特定的模具中压制。
商品名为Dyneema的UHMW-PE纤维制成的警车用防弹板面密度仅6.5kg/m2，可阻挡9mm子弹的穿透，因此在车门安装这种防弹板时无需改变门枢或车门，并且可拆下重用。
用Dyneema纤维制成的防护手套具有良好的防切割性，其击剑套服的防刺能力达1000N，高于规定要求的800N；制成的摩托车头盔，可比传统材料的质量减轻300~400g。
6.2 极低温材料
近年来，日本东洋纺公司利用Dyneema纤维复合材料(DFRP)的耐极低温性将它
应用于超导设备、电力、车辆和医疗领域。过去在电力领域一直期待采用超导线圈，但绕于卷框上的导体会产生热收缩及与卷框间的摩擦热，从而破坏了超导状态，使线圈无法发挥正常功能，而改用DFRP卷框后，由于可耐温-196~-269℃，因此可解决此问题。东京电力公司与东芝公司共同开发的限流器交流线圈的卷框，自1994年起改用了DFRP制品，使用效果良好。在医疗器械、传感器的支承柜等领域采用DFRP材料，可降低占制造成本90％以上的加工费用。
6.3 绳索类
用UHMW-PE纤维制作高强度绳索的
研究引起了有关部门的注意。据报道，
美国、俄罗斯等国家已经用高强度纤维
绳索装备海军舰艇。例如，Hampidjan
公司生产了用涂覆了聚氨酯的Dyneema
纤维所编织的12股辫子绳，可浮在水
面，它与同样粗细的钢丝绳断裂强度一
样时，质量只有钢丝绳的1/6，使用方
便，在反复拉伸和反复弯曲的条件下，
其耐用性比钢丝绳高好几倍，断裂伸长
率仅为6％，而且可以快速粘接。目前，
国内这方面的研究还不多，但是有制造
出高效纤维的案例，用此纤维制作的直
径1cm缆绳的断裂强力可达120kN，与
钢丝绳相比，直径减少12％，绳重减
少50％，强度却能提高15％，并且耐
海水腐蚀，使用寿命是钢丝绳的几倍，
使用及存放方便，有着广阔的应用前景。
右图是各种纤维自重断裂长度示意图：
(由下往上：钢丝：25Km；聚酯纤维、聚酰胺纤维：85Km；玻璃纤维：135Km；碳纤维：195Km；芳香族聚酰胺：235Km；Dyneema：400Km)
6.4 雷达天线罩复合材料
UHMW-PE纤维完全可以代替价高的芳纶作雷达天线罩的增强材料。UHMWPE纤维复合材料雷达天线罩将大大提高天线系统的机动性，防暴风、暴雨、风沙等全天候工作能力，延长系统使用寿命，降低制造成本。
6.5 体育器材用品
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，其性能较传统材料为好。由于UHMW-PE纤维复合材料比强度、比模量高，而且韧性和损伤容限好，制成的运动器械既耐用又能出好的成绩。
6.6 用作生物材料
UHMW-PE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方面，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。
6.7 其它应用
在工业上，UHMW-PE纤维及其复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板凳；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。
7 结语
UHMW-PE纤维已是当今高性能纤维的第三大品种，是很有发展前途的高科技纤维，其生产技术和纤维品种发展很快，还具有其它纤维无法比拟的优越性。我国在UHMW-PE纤维研究与开发应用方面已经取得很大进展，工业化生产已初具规模，产品性能接近国外同类产品水平，在2002年，我国将这种超高强度纤维应用于“神舟”飞船的回收系统，取得良好的效果。今后的重点是研究新的纺丝方法，提高生产效率和降低成本，完善纤维结构，进一步强化纤维的力学性能，抑制蠕变，不断扩大其在航空航天、光缆增强材料、复合材料、耐压容器等方面的应用。但目前UHMW-PE纤维复合材料的发展还存在很多不足，比如树脂与纤维界面粘合的问题以及耐热性较低的问题，它对材料的力学性能有着直接的影响，甚至决定材料的取舍。采用适宜的改性方法，可使UHMW-PE纤维表面活化，改善其表面性能，增强与树脂基体的粘结。这方面虽然已有较多研究，但表面改性的方法并不适合所有树脂，且大部分成本较高，操作工艺复杂。此外，UHMW-PE纤维复合材料的应用领域还比较窄，目前主要用于防护材料及绳索类，今后应该尽量弥补UHMW-PE纤维本身的不足，进一步扩大其应用领域，使它在高科技纤维的市场竞争中占据优势。
本人才疏学浅，这篇综述也是靠着查阅大家之作方能完成。诚然，虽通篇是自己细细阅读之后提炼出来的，也从中获益匪浅，但依旧没有达到融会贯通的地步。其实有时候不是我们学得不够多，而是学得不够形象、不够踏实，我们缺少的就是眼见一下触摸一下，实践一下这个过程。就好比在写这篇综述的时候，要不是我选了这个内容，可能我也就是知道书上有那么一种纤维，老师曾经教过关于这种纤维的课，但是这种纤维和碳纤维、芳纶纤维、M5纤维、玻璃纤维究竟有什么性能上的差别，其实真的不会太多去重视。我们学习是为了成为专业人员、指导人员，但是显然，只是泛泛而谈是没有什么实质性上的进展的。故而，我觉得，对于以后学习、研究、工作的态度，也应该像高性能纤维一样，有韧性，有强度，抗挫折，耐干扰等等。不说“诸如为中华科技力量的崛起而奋斗”这样的大话，而是能真正对得起我们学这个领域知识的研究学者的操守，我觉得已经很足够了！
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超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维 （1）原料的选择 包括分子量、分子量分布、颗粒大小、颗粒度分布及堆砌密度、色相等。选用UHMWPE 可以降低纤维中端基的浓度，增加大分子链之间的相互作用力，使成品纤维的力学性能得以大幅度提高。以不同分子量的UHMWPE 进行冻胶纺丝，所得纤维的强度随分子量的增大而提高，但分子量越大，分子链内缠结越严重，溶解越困难，溶液浓度越低。若以降低原液浓度制取高强度纤维无疑对工业化生产是不可取的。改善UHMWPE 溶解的均匀性可使Mw=106 的UHMWPE 用于冻胶纺丝。适当地控制分子量分布是必要的。分子量分布过宽，影响UHMWPE 的均匀溶解，由于分子量不同，具有不同的溶胀、溶解温度和速率，所以低分子量PE 易于溶胀和溶解，率先进人溶解阶段，引起溶液粘度剧增，并占据大量溶剂，阻碍了高分子量PE 的溶解。这种溶解不均匀性在制备较高粘度溶液时尤为突出。适当地控制UHMWPE 颗粒尺寸和堆砌密度也是十分必要的，不同颗粒尺寸和堆砌密度的UHMWPE溶胀和溶解程度不同。粗颗粒溶解时在其表层形成高粘度的溶胀层，阻止溶剂继续向内部渗透，并将未充分溶胀的颗粒粘接在其表层，使纺丝原液中含有未溶解的颗粒，造成原液不均匀。颗粒宜在80 目以下，堆砌密度则在0.4 g/cm3 以上为宜。 （2）均质冻胶溶液的制备 ①溶剂 UHMWPE 极难溶解，按常规的溶解方法需在较高温度下（170℃）长时间搅拌，分子量会急剧下降。将Mw 大于106 的粉状UHMWPE 聚合物在适当的溶剂中溶解，使超长分子链从初生态堆砌体，分子链间及分子链内部缠结等多层次的复杂形态结构转变成解缠大分子链。用于UHMWPE 冻胶纺丝的溶剂有十氢萘、石蜡油、石蜡和煤油，其中以十氢萘为最佳，可在较低温度下溶解UHMWPE，溶液均匀性好。十氢萘易于挥发，制得的冻胶原丝可以不经萃取而直接拉伸，获得性能优良的UHMWPE 纤维。以烷烃类(石蜡油、石蜡和煤油)溶剂取代十氢
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)-化学化工论坛
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性能优异的新型热塑性工程塑料，它的分子结构与普通聚乙烯(PE)完全相同，但相对分子质量可达(1-4)×106。随着相对分子质量的大幅度升高，UHMWPE表现出普通PE所不具备的优异性能，如耐磨性、耐冲击性、低摩擦系数、耐化学性和消音性等。 由于UHMWPE分子链很长，易发生链缠结，熔融时熔体黏度高达108Pa?s，熔体流动性差且临界剪切速率很低，因此容易导致熔体破裂，使其成型加工困难。为改善UHMWPE 的加工成型性能，需要对其流动性进行改性，而物理改性是主要的手段。 1UHMWPE的物理改性 物理改性不改变分子构型，但可以赋予材料新的性能。目前常用的物理改性方法主要有1)将UHMWPE与低熔点、低黏度的树脂共混改性；(2)加入流动改性剂，以降低UHMWPE 的熔体黏度，改善其加工性能，使之能在普通挤出机和注射机上加工；(3)液晶高分子原位复合材料改性等。 1.1共混改性 共混改性是改善UHMWPE熔体流动性最有效、简便的途径。共混时所用的第二组分主要是指低熔点、低黏度的树脂，如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚酯等。目前使用较多的是HDPE和LDPE。当共混体系被加热到熔点以上时，UHMWPE就会悬浮在第二组分的液相中，形成可挤出、可注射的悬浮体物料。 将UHMWPE与LDPE(或HDPE)共混可使其成型加工性能获得显著改善。但共混体系在冷却过程中会形成较大的球晶，球晶之间有明显的界面。在这些界面上存在着由分子链排布不同引起的内应力，由此会导致产生裂纹，所以与基体聚合物相比，共混物的拉伸强度有所下降。当受外力冲击时，裂纹会很快沿球晶界面发展而断裂，引起冲击强度降低。为保持共混体系的力学性能，可以采用加入适量成核剂，如硅灰石、苯甲酸、苯甲酸盐、硬脂酸盐、己二酸盐的方法阻止其力学性能下降。 Dumoulin等对UHMWPE与中相对分子质量聚乙烯(MMWPE)的共混物进行了研究。在双辊混炼温度175℃，混炼时间10min；密炼温度185-200℃，密炼时间10min的条件下，制备了UHMWPE含量小于或等于6%(质量分数，以下同)的共混物。在上述条件下制备的共混物的流变性能得到极大改善。 Veda等对UHMWPE与MMWPE的共混物进行了研究。结果表明，UHMWPE与MMWPE 在给定条件下能共结晶。但加入MMWPE后，共混物的冲击性能、耐磨性能有所下降。为保持力学性能，在共混体系中加入成核剂。 专利介绍了一种UHMWPE共混改性方法。将70%的UHMWPE与30%的PE共混，用共混物挤出的制品拉伸强度为390MPa，断裂伸长率为290%，用带缺口试样进行Izod冲击试验时，试样不断裂。 专利报道，将79.18%的UHMWPE(相对分子质量3.5×106)，19.19%的普通PE(相对分子质量6.0×105)，0.13%的成核剂(热解硅石，粒径5-50μm，表面积100-400m2/g)熔融混合，所得共混物可在普通注射机上成型，产品的抗冲击性、耐磨性等物理机械性能优于不加成核剂的共混物。 Vadhar等对UHMWPE与线型低密度聚乙烯(LLDPE)共混物进行了研究。采用同步和顺序投料方式，在密炼机、混料机中制备UHMWPE与LLDPE共混物。同步投料即在密炼温度180℃时，将两种组分同时加入密炼机内混炼；顺序投料即在250℃时先将UHMWPE树脂加入混料机中混炼，然后将其冷却到180℃，再加入LLDPE继续混炼。 实验结果表明，投料方式对共混物的流变性能和力学性能影响极大。差示扫描量热及小角激光散射图像分析仪分析表明，顺序投料方式制备的共混物中，UHMWPE和LLDPE组分之间发生共结晶现象而且两种组分的混合均匀程度优于同步投料方式制备的共混物。由于
超高分子量聚乙烯纤维的发展
超高分子量聚乙烯纤维的发展 在总结阐述超高分子量聚乙烯纤维概念、用途的基础上，分析其在国内外不同国家的发展与应用现状，并重点阐释其在我国的产生、发展历程及取得的巨大成果;对世人了解我国超高分子量聚乙烯纤维发展状况，具有重要的释疑意义。 1超高分子量聚乙烯纤维概述 超高分子量聚乙烯纤维是继碳纤维和芳纶纤维之后的世界第三代高强、高模、高科技的特种纤维。超高分子量聚乙烯纤维在水中的自由断裂长度可以延伸至无限长，而在相同粗细的情况下，超高分子量聚乙烯纤维能承受8倍于钢丝绳的最大质量，在军事、工业、航空、航天等领域均有重要应用。超高分子量聚乙烯纤维最重要的功能就是能够起到防弹、防刺的作用，用其制作的防弹衣质量、强度与传统的防弹衣相比都要轻得多，强度也高很多。超高分子量聚乙烯纤维若按质量计算其强度，要比芳纶高出40%，可以称之为当今世界上强度最高的聚乙烯纤维。在世界三大特种纤维中，超高分子量聚乙烯纤维质量最轻，化学稳定性也最好，而且具有耐磨、耐弯曲性能、张力疲劳性能以及抗切割性能。但超高分子量聚乙烯纤维在世界上也属于稀缺物资，其生产技术难度是很大的，目前，在国际上只有美国、荷兰、日本的三家化工公司能够进行工业化生产，而国内年产量则较少，多存在装置规模小等问题。据预测，在未来10年，世界对超高分子量聚乙烯纤维的年需求量将达到20万吨以上，市场发展潜力巨大。在我国，其已被列为国家"十一五"期间重点研发产品。 2国外超高分子量聚乙烯纤维生产与发展现状 1)超高分子量聚乙烯纤维在荷兰的发展 荷兰帝斯曼公司是世界上生产迪尼玛品牌高性能聚乙烯纤维的最大厂商。该公司于2006年在美国北卡罗来纳州建成并投产了高强聚乙烯纤维迪尼玛的生产线，这是该公司的第三次扩产扩能，这就使该公司生产超高分子量聚乙烯纤维的生产线数量达到了9条。自此，其在全球的迪尼玛纤维生产能力提高了约18%，达到了4700吨/年。而主要应用于单向防弹板制作的此类纤维生产能力则提高25%，达到了2500吨/年。目前，北卡罗来纳州的格里维尔装置可以向全球用户生产供应这种纤维，但必须首先满足美国军事工业的需要。世界对该种纤维的需求正在快速的增长。 2)超高分子量聚乙烯纤维在美国、日本等国家的发展
超高分子量聚乙烯的特性
超高分子量聚乙烯的特性 1、极高的耐磨特性超高管的分子量高达200万以上，磨耗指数最小， 使它具有极高的抗滑动摩擦能力。耐磨性高于一般的合金钢6.6倍，不锈钢的27.3倍。是酚醛树脂的17.9倍，尼龙六的6倍，聚乙烯的4倍，大幅度提高了管道的使用寿命。 2、极高的耐冲击性在现有的工程塑料中超高分子量管道的冲击韧性 值最高，许多材料在严重或反复爆炸的冲击中会裂纹、破损、破碎或表面应力疲劳。本产品按GB1843标准，进行悬臂梁冲击实验达到无破损，可承受外力强冲击、内部超载、压力波动。 3、耐腐蚀性UHMW-PE是一种饱和分子团结构，故其化学稳定性极高，本 产品可以耐烈性化学物质的侵蚀，除对某些强酸在高温下有轻微腐蚀外，在其它的碱液、酸液中不受腐蚀。可以在浓度小于80%的浓盐酸中应用，在浓度小于75%的硫酸、浓度小于20%的硝酸中性能相当稳定。 4、良好的自润滑性由于超高分子量聚乙烯管内含蜡状物质，且自身 润滑很好。摩擦系数（196N，2小时）仅为0.219MN/m（GB3960）。自身滑动性能优于用油润滑的钢或黄铜。特别是在环境恶劣、粉尘、泥沙多的地方，本品的自身干润滑性能更充分的显示出来。不但能运动自如，且保护相关工件不磨损或拉伤。 5、独特的耐低温性超高分子量聚乙烯管道耐低温性能优异，其耐冲 击性、耐磨性在零下269摄氏度时基本不变。是目前唯一可在接近绝对零度的温度下工作的一种工程塑料。同时，超高分子量聚乙烯管道的适温性宽，可长期在-269℃到80℃的温度下工作。 6、不易结垢性超高分子量聚乙烯管由于摩擦系数小和无极性，因此具 有很好的表面非附着性,管道光洁度高。现有的材料一般在PH值为9以上的介质中均结垢，超高分子量聚乙烯管则不结垢，这一特性对火电站用于排粉煤灰系统有重大意义。在原油、泥浆等输送管道方面也非常适用。 7、寿命长超高分子量聚乙烯分子链中不饱和基因少，抗疲劳强度大于50 万次，耐环境应力开裂性最优，抗环境应力开裂>4000h ，是PE100的2倍以上 ,埋地使用50年左右，仍可保持70%以上的机械性能。 8、安装简便超高分子量聚乙烯（UHMW----PE）管道单位管长比重仅为 钢管重量的八分之一，使装卸、运输、安装更为方便，且能减轻工人的劳动强度，UHMW-PE管道抗老化性极强，50年不易老化。不论地上架设，还是地下埋设均可。安装时无论是焊接或者是法兰连接均可，安全可靠、快捷方便、无需防腐、省工省力，充分体现出使用超高分子量聚乙烯管道“节能、环保、经济、高效”的优越性。
超高相对分子质量聚乙烯纤维
浅谈超高相对分子质量聚乙烯纤维 温乐斐 10103638 复材101 1 前言 通常条件下聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、脂肪族聚酰胺及聚酯等柔性成纤聚合物在熔融或溶液纺丝成形及后处理过程中，大分子多呈折叠结构，只能制成满足一般要求的化学纤维。1975年荷兰DSM公司以十氢萘为溶剂，采用凝胶纺丝-超拉伸技术试制出具有优异抗张性能的超高相对分子质量聚乙烯（UHMW-PE）纤维，打破了只能由刚性高分子制取高强高模纤维的传统局面。 超高相对分子质量聚乙烯纤维具有轻质高强、高模量、耐试剂侵蚀、抗氧化、透波性好、高韧性、优良的自润滑性等优点，故而在航天航空、军事工业等重要部门得到广泛应用。用Ziegler-Natta催化剂加上低压聚合技术制得的线性高密度聚乙烯，其相对分子质量大于100万，密度为0.96~0.98g/cm3，结构规整、易结晶，晶体强度的理论值为31 GPa，结晶模量的理论值为316 Gpa，晶格中分子链呈平面锯齿状。 目前国外UHMW-PE纤维的主要生产厂家包括DSM公司、Honeywell公司、DSM-东洋纺公司、三井石化公司等，总产量约3000t。世界UHMWPE纤维的需求约为1．2×104～1.5×104t，每年可望以5％的速率增长。国内在UHMW-PE纤维方面的研究始于20世纪80年代，先后由中国纺织科学研究院、中国纺织大学（现东华大学）、天津纺织工学院（现天津工业大学）、总后勤部军需装备研究所、北京合成纤维技术研究所等单位完成了小试工作。目前在我国浙江、江苏、湖南和北京等地先后建成具有数十到数百吨/年规模的纤维生产线，为UHMW-PE纤维的国产化奠定了基础。随着生产技术的发展，从而使得UHMW-PE纤维应用领域也越来越广。表1为国内外凝胶纺丝法生产UHMW-PE纤维性能情况: 2 UHMW-PE纤维的制备 从分子结构角度考虑，最接近理论极限强度的聚合物是高密度线性聚乙烯，其分子具有平面成锯齿形的简单结构，没有大体积的侧基、结晶度好、分子链间无较强的结合键，这些结构特征可以大大减少缺陷的产生，是顺利进行高倍拉伸的
超高分子量聚乙烯市场分析报告修订稿
超高分子量聚乙烯市场 分析报告 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]
超高分子量聚乙烯（U H M W P E）市场分析报告 1国外生产状况 国际市场上，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）生产企业主要有德国的Ticona公司、巴西的Polialden公司、荷兰的DSM公司和日本三井化学公司等。其中，Ticona公司生产能力为11万吨/年（含在中国独资企业产能），Polialden为4.5万吨/年，DSM为1万吨/年，全球总生产能力超过20万吨/年。Ticona公司是全球最大的UHMWPE生产厂，约占全球50%市场份额，可以生产适用于板材、异型材、蓄电池隔板、纤维、过滤器材等各种规格、牌号的产品，种类齐全，并覆盖全球市场。DSM公司的特长是能生产特殊牌号的UHMWPE树脂，如：超细料及纤维料等，并且以自用为主，产品基本不外销。巴西Polialden公司主要是接管了原美国MONTELL的经营业务，发展速度很快，能为用户稳定提供分子量在300万—600万的原料，主要用于生产板材和异型材，占据北美市场。 国外超高分子量聚乙烯的主要生产商见表1。 表1国外超高分子量聚乙烯的主要生产商及产品牌号 1.1德国Ticona公司 Ticona公司是德国化学品集团塞拉尼斯(CELANESE)的工程聚合物业务子公司，生产能力为11万吨/年，可以生产适用于板材、异型材、蓄电池隔板、纤维、过滤器材等各种规格、牌号的产品，注册商标为Hostalen。其主要产品牌号见表2。
表2Ticona公司主要产品牌号 1.2巴西Polialden公司 Polialden公司是巴西Braskem公司的下属子公司，于2002年购买了Basell公司的UHMWPE 技术，在切换式HDPE装置上生产这种聚合物。2004年，巴西Braskem公司扩大位于巴西Bahia 州Camacari的UHMWPE装置能力，产能从3万吨/年扩增至4.5万吨/年，新增产能于2005年初投用。Braskem公司的主要产品牌号见表3。 表3Braskem公司的主要产品牌号
超高分子量聚乙烯特性
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 以上的聚乙烯。 分子式:—(—CH2-CH2—)—n—,密度:0.936~0.964g/cm3。热变形温度 (0.46MPa)85℃,熔点130~136℃。 UHMWPE性质特点为: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。 特殊功能 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0.985g/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。磨耗量(MPC法)20mm。 应用领域 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。
超高分子量聚乙烯纤维的技术与市场发展
超高分子量聚乙烯纤维的技术与市场发展 第1期50 2011年3月 纤维复合材料 FIBERCoMPoSITES Nl Mar.,2011 超高分子量聚乙烯纤维的技术与市场发展 赵刚,赵莉,谢雄军 (中国航天第三研究院,北京100074) 摘要本文简要介绍了世界高性能纤维主要品种——超高分子量聚乙烯纤维的基本性能和主要应用领域,重点 归纳了十几年来国内外相关企业的生产,技术和行业发展状况,综合分析了国内外超高分子量聚乙烯纤维及其复 合材料市场的供需趋势,指出了该种纤维行业具有良好的产业发展优势与前景. 关键词高性能纤维;超高分子量聚乙烯纤维(UHMW—PE纤维,HS—HMPE纤维);复合材料市场 UltraHighMolecularWeightPolyethyleneFiberMaterial TechnologyandMarketDevelopmentProspect ZHAOGang,ZHAOLi,XIEXiongjun (TheThirdResearchAcademyofChinaAerospace,Beijing100074) ABSTRACTThissummarydescribeshighperformancefiber_一ultrahighmolecularweightpolyethylene(UHMW— PE)fiberintheword,anditsbasicperformanceandmainapplicationarea,focusrelatedenterp riseofproduction,technolo? gYandindustrydevelopmentstatus,analysisthemarketofthesupplyanddemandtrendsofthe fiberanditscomposites,
超高分子量聚乙烯
超高分子量聚乙烯 超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万以上的聚乙烯。分子式：—(—CH2-CH2—)—n—，密度：0.936～0.964g/cm3。 热变形温度(0.46MPa)85℃，熔点130～136℃。 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。世界上最早由美国AlliedChemical公司于1957年实现工业化，此后德国Hoechst公司、美国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也投入工业化生产。我国于1964年最早研制成功并投入工业生产。限于当时条件，产物分子量约150万左右，随着工艺技术的进步，目前产品分子量可达100万～400万以上。 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的发展十分迅速，80年代以前，世界平均年增长率为8.5%，进入80年代以后，增长率高达15%～20%。而我国的平均年增长率在30%以上。1978年世界消耗量为12，000～12，500吨，而到1990年世界需求量约5万吨，其中美国占70%。 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）平均分子量约35万～800万，因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）优异的物理机械性能使它广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节 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。近年来，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。 一般加工技术 (1)压制烧结
超高分子量聚乙烯纤维表面改性技术研究现状
为了解决UHMWPE纤维与基体结合粘结性差的问题，长期以来各国的学者作了许多相关的研究，也取得了一定的进展。一些常用的方法主要有等离子处理，电晕放电处理，辐照处理以及氧化法处理等等。 1 等离子处理 等离子体处理由于仅作用在材料表面有限深度内(几个分子)，对纤维的力学性能不会有太大的影响，因而受到了人们的关注。等离子体处理UHMWPE纤维表面的方法分为低温等离子体处理和等离子体引发接枝表面处理两种方法。 韩国的Sung In Moon，Jyongsik Jang 研究了氧气等离子处理后UHMWPE与乙烯基酯树脂的粘结性能的变化，他们发现处理后的纤维与未处理的纤维比较，横向拉伸强度提高，这表明复合体的界面粘结性能得到了改善，且通过SEM观察发现纤维表面产生很多微陷，这有利于纤维与树脂之间的机械互锁作用，同时他们用有限元分析的方法研究了UHMWPE与基体之间力
的传递。 Hengjun Liu等人采用氩气对UHMWPE 纤维进行等离子处理，研究结果显示处理后的纤维耐磨性和硬度都得到了提高，同时其表面的润湿性也得到了提高。之后的研究中他们又将UHMWPE在氧气等离子体在微波电子回旋共振系统中进行处理研究纤维性能的改变，他们发现纤维的硬度和耐磨性都得到了提高的同时纤维的表面产生了许多含氧的活性基团，增加了纤维与基体的润湿性和粘结性。 Zhang YC等人针对超高分子量聚乙烯纤维表面能低与基体结合性能差的缺点，采用了在常压下对纤维进行等离子处理改性的方法，实验中采用的纤维是表面包裹有纳米二氧化硅的UHMWPE纤维，等离子处理所用的载气为氩气和氧气的混合气体(100:1)，处理后纤维的表面能明显提高与基体的润湿角减小，通过红外光谱分析后发现在纤维表面产生了很多的含氧活性基团，大大提高了其与树脂的结合性能。
超高分子量聚乙烯市场分析报告
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）市场分析报告 1 国外生产状况 国际市场上，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）生产企业主要有德国的Ticona公司、巴西的Polialden公司、荷兰的DSM公司和日本三井化学公司等。其中，Ticona 公司生产能力为11万吨/年（含在中国独资企业产能），Polialden为4.5万吨/年，DSM为1万吨/年，全球总生产能力超过20万吨/年。Ticona公司是全球最大的UHMWPE生产厂，约占全球50%市场份额，可以生产适用于板材、异型材、蓄电池隔板、纤维、过滤器材等各种规格、牌号的产品，种类齐全，并覆盖全球市场。DSM公司的特长是能生产特殊牌号的UHMWPE树脂，如：超细料及纤维料等，并且以自用为主，产品基本不外销。巴西Polialden公司主要是接管了原美国MONTELL的经营业务，发展速度很快，能为用户稳定提供分子量在300万—600万的原料，主要用于生产板材和异型材，占据北美市场。 国外超高分子量聚乙烯的主要生产商见表1。 表1 国外超高分子量聚乙烯的主要生产商及产品牌号 生产厂商（国家树脂牌号（商标 Hostalen GUR Ticon（德国 UTEC)Polialden 巴Stamylan UHDS（荷兰 HI-ZEX MILLION三井化学公司（日本SUNFINE_U旭化成工业公司（日本）SHOREKSPA-5SSIH 昭和油化（日本）
Novatec 三菱工程塑料公司（日本）A-C1200-1232 Allied（美国） LS501 Usi（美国） Marlex 6002 5003 （美国）Phillips公司Ticona德国1.1 Ticona公司是德国化学品集团塞拉尼斯(CELANESE)的工程聚合物业务子公司，生产能力为11万吨/年，可以生产适用于板材、异型材、蓄电池隔板、纤维、过滤器材等各种规格、牌号的产品，注册商标为Hostalen。其主要产品牌号见表2。表2 Ticona公司主要产品牌号 Polialden公司是巴西Braskem公司的下属子公司，于2002年购买了Basell公司的UHMWPE技术，在切换式HDPE装置上生产这种聚合物。2004年，巴西Braskem 公司扩大位于巴西Bahia州Camacari的UHMWPE装置能力，产能从3万吨/年扩增至4.5万吨/年，新增产能于2005年初投用。Braskem公司的主要产品牌号见表3。 表3 Braskem公司的主要产品牌号
国内超高分子量聚乙烯纤维生产概况
国内超高分子量聚乙烯纤维生产概况 超高分子量聚乙烯纤维是一种新材料，它的应用领域很广泛，从航空航天到国 防军事，再到民用绳网，都有着它广阔的应用市场和开发领域。目前国内此纤维的年了。早期投产的有三家，分别在宁波、湖南、北京。三产业化生产，大约已有13家的生产方式各有不同，产品也各有千秋。但是，由于此种纤维的自身特性和超高的总欠伸][短纤分子量的特点，它与一般常规化纤的生产有着很大差异。常规化纤多倍，为100倍就可以了，而这种冻胶纤维的总欠伸倍数要倍数一般为：几倍--20何要拉伸这麽多倍呢？这是由于溶剂的存在，使纤维中链缠结交联点的数目减少而至。也就是说，此种纤维，它从纺丝喷丝板到产品成型需要一段漫长的过程才能实现，过程长了，环节就多了，控制起来，困难自然也就多了。它就像一条链子，不论少了哪一环，整条链子都会断裂。了解在生产的每一个过程中，要严格控制纤维的外在技术指标，更要掌握、 纤维的内在分子结构变化，看它内在结构的变化，符合不符合它在这一工段中所能达到的工艺要求。换句话说：纤维在每一道生产过程中，它的内外技术指标变化是不是人们所希望应达到的状态。所以，在生产过程中，半成品的物检、化验是不可缺少的中间控制手段。 要想生产出合格的产品，并且要达到一定的制成率，确实不易。目前，在这一领域的理论认知程度，还有待于进一步的研究提高，特别是成熟的大规模产业化生产技术，还不是十分成熟。情况不一，大体上分析：有技术问题，有设备问题，还有的是控制方法问题。当然，人员、资金问题也不能排除。 超高分子量聚乙烯纤维的生产是高科技，生产过程中每一道环节的控制，都很严谨，控制精度很高。有的工段，温度相差1度，线速度相差 0.1米/分，就会产生大量毛丝及断头，造成缠辊现象，而常规化纤的生产就不需如此严格。 它的主要生产工序如下：纤维的制作，总体上说与常规聚酯短纤的制作有相似之处。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。 目前，国内外原料的制备方法不一，采用的溶剂不同，含固量也不一原料的制备：样。所以，没有固定的统一模式，生产制作的设备差异也很大，而常规熔融纺是不加溶剂的。但不论采取那种方式，最终都能达到所需的效果。因生产是连续化的，所以原料的配比不能有波动，要求始终均匀一致。虽然含固量的提高，是提高产量增加了操作难度，的重要手段之一，但拉伸比也随之提高，整体车速都要响应加快，毛丝的产生量相比明显增多，不易把握。但，若能将含固量的百分比控制在适当的浓度内，还是可以的，要根据自身情况，量力而行。提高计量泵的转速也是提高产量的有效手段之一。 螺杆挤压机对物料起着输送—搅拌—加热—加压等作用。首先，进双螺杆挤压机：入“螺杆”之前的浆料要脱泡，不能含有水汽，物料在输送过程中，要得到充分的混练搅拌。各区的加热温度，要结合螺杆上捏合块的位置加以设定，并且要保证一定的输送压力。螺杆捏合块的设定，理论性很强，不同的组合，对物料的搅拌，会有不同的效果。 它的作用主要是保温；控温；均匀的将物料分配到每一个纺丝组件。纺丝箱： ：由计量泵将物料挤压变为丝条，就是通过喷丝板实现的，板的孔径大小及喷丝板刨面形状是它的重要技术参数，它对纤维的成型及拉伸性能的好坏，起着至关重要的作用。
超高分子量聚乙烯的性能
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）综合了所有塑料的优越性能，其耐冲击、耐磨损、耐化学腐蚀、自身润滑、吸收冲击能这五个特性是目前即存塑料中所具有的最高数值，这种新型塑料制品的杰出性能在欧美各国受到普遍重视。超高分子量聚乙烯树脂是由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下聚合而成的粘均分子量大于150万～700万的热塑性工程塑料，被称为"神奇的塑料" 。 产品性能 1、机械性能 指标名称单位测试方法指标 密度g/cm3 ASTM1505 0.94 断裂强度MPa D638 42 断裂伸长率% D638 350 简支梁缺口冲击 Kj/m2 D256 ≥100强度 2．热性能： 指标名称单位测度方法指标 融点℃ASTMD2117 136 维卡软化点℃ASTMD1512 134 热膨帐系数10-4/℃ASTMD648 1.5 热变形温度 ℃ASTMD648 90 (4.6kg/cm2) 3.电性能： 指标名称单位测试方法指标 体积电阻系数欧姆.厘米ASTMD257 1017 表面电阻系数欧姆ASTMD257 1013 电介质强度千伏/毫米ASTMD149 900 介电系数106赫芝ASTMD150 2.3 4.耐寒性 高密度聚乙烯分子量超过50万时，脆化温度降至-140℃。超高分子量聚乙烯甚至可以在液氮或液氦下作用，其使用温度可达-269以下℃，仍有一定机械强度。 5. 耐磨性 超高分子量聚乙烯具有极佳的耐磨性，分子量越高，材料的耐磨性越好。 超高与其他材料磨耗对比参数 材料UHME-PE PTFE PA66 聚甲醛45#碳 不锈钢黄钢 钢 0.74 2.31 1.51 3.1 4.02 4.05 16.74 磨损率平 均值 注：耐磨耗性能试验条件： 沙/水=3/2(重要比) 选用16目~24目/时之间建筑用沙，试片转速800转/分，试片尽寸60mm×40mm×3mm，每个试片均磨7小时。 6.超高分子量聚乙稀磨损率比较
超高分子量聚乙烯
超高分子量聚乙烯（UHMW-PE） 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）是一种新型的工程塑料，它几乎集中了各种塑料的优点：耐磨、耐冲击、不易粘附、自润滑、耐腐蚀，吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不易吸水等综合性能，事实上目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能。 耐磨性：超高分子量聚乙烯的耐磨性在所有的塑料中首屈一指，磨损率比以耐磨著称的聚四氟乙烯还要小。下图是超高分子量聚乙烯与其它材料耐磨性比较，如此高的耐磨性以至于难以用一般的塑料磨耗实验法测试其耐磨程度，因而采用砂浆磨耗测试装置。 砂浆磨耗测试表 抗冲击性：超高分子量聚乙烯的抗冲击强度特别好，韧性高，在所有的塑料中名列前茅。无论是外力强冲击，还是内部压力波动，都难以使其开裂。 自润滑性：超高分子量聚乙烯的摩擦系数小（0.05-0.11），不易与其它物质亲和。有很高的自润滑性和不粘性，仅次于自润滑最好的聚四氟乙烯，因此在磨擦学领域被誉为成本性能非常理想的磨擦材料。
耐化学药品性：超高板材能耐各种酸，碱，盐及有机介质，在80℃的浓盐酸、75%的浓硫酸、20%的硝酸中性能稳定。在其它20℃和80℃的80种有机溶剂中浸渍30天，外表无任何反常现象，其它物理性能也几乎没有变化。 冲击能吸收性:超高分子量聚乙烯的冲击能吸收值在所有的塑料中最高，因而噪声阻尼性很好，具有优良的消音效果。 抗老化性：超高分子量聚乙烯的韧性大，它的耐低温性能非常优异，在-269℃低温下，仍具有一定的延展性，不会脆裂。热变形温度为85℃，使用温度可达90℃。性能稳定，抗老化性好，地面、地下埋没均可，50年不老化。 电性能：体积电阻大，达1017-18SL-CM,击穿电压达50KV/MM,介电常数为2.3。在较宽的温度及频率范围内，适宜用作电气工程的结构材料。 耐低温：超高分子量聚乙烯具有优异的耐低温性能，在液氦温度（-269℃）下仍具有延展性，在液氮中（-196℃）也能保持优异的冲击强度，不脆裂。在所有的塑料中超高分子量聚乙烯的耐低温性能是最优异的。 卫生无毒性：UHMW-PE卫生无毒。在食品加工工业，UHMW的自润滑性、易净化、低气味、味道传递性和耐沸水性得到利用。可用于接触食品和药物，可替代昂贵的不锈钢材料。
高强高膜聚乙烯纤维
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。
国内外超高分子量聚乙烯发展现状
国内外超高分子量聚乙烯 发展现状 超高分子量聚乙烯（也称高强高模聚乙烯，缩写为UHMW-PE）是新型热塑性工程塑料，分子结构和普通聚乙烯相同，黏均分子量达150万～1000万（普通聚乙烯的黏均分子量在4万～12万）。U H M W-P E纤维是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的第3代高性能纤维。日本和美国U H M W-P E产品的黏均分子量超过600万以上，德国U H M W-P E产品的黏均分子量超过1000万[1]，我国UHMW-PE产品的黏均分子量也可以达到600万以上。我国生产的部分 ■ 文/余黎明 张东明 石油和化学工业规划院 UHMW-PE纤维出口欧美和亚洲等 国家及地区，但所需要的高端产品则 依赖进口。目前，我国UHMW-PE纤 维价格约25万～28万元/t，整体产业 处于高利润期，资本逐利性必然导致 更多企业进入这一领域。 U H M W-P E分子链很长，沿同 一方向排列，相互缠绕，通过强化分 子之间的相互作用，较长的分子链 能够更有效地将载荷传递给主链， 所以，UHMW-PE具有很高的比模 量和比强度。UHMW-PE具有极佳 的抗冲击性、耐磨损性、耐化学腐蚀 性、耐低温性、耐候性、耐应力开裂 性、抗粘附、自身润滑性等，广泛应 用于化工、纺织、医学、建筑、冶金、 矿业、水利、煤炭、电力等领域，其制 品性能和其他工程塑料的对比分析 如表1所示。 一、国内外UHMW-PE市场环 境分析 1.国内外市场供需分析 2010年国外U H M W-P E产能 约14.09万t，主要生产企业如表2 所示。2010年国外U H M W-P E表 观消费量约12.0万t，主要用于生产 防弹衣和武器装备等军工产品，如
超高分子量聚乙烯
超高分子量聚乙烯
超高分子量聚乙烯纤维的生产和改 性研究 轻化143 王子3140302304 摘要：本文主要参照了《超高分子量聚乙烯纤维的发展状况》对超高分子量聚乙烯纤维的发展及性能研究历程进行了详细概述；通过查阅《超高分子量聚乙烯纤维性能及生产现状》和《超高分子量聚乙烯纤维制造及应用探讨》了解了三种制备超高分子量聚乙烯纤维的主要方法；参考了《超高分子量聚乙烯纤维的表面改性》和《超高分子量聚乙烯纤维的表面改性研究》等论文，了解到超高分子量聚乙烯三种表面改性方法；通过查阅《纳米改性增强超高分子量聚乙烯复合材料研究进展》了解到纳米材料对超高分子量聚乙烯纤维的改性机理，并对改性前后性能变化做出细致比较和概述；针对多巴胺对超高分子量聚乙烯纤维的影响参照了《多巴胺仿生修饰及聚乙烯亚胺二次功能化表面改性超高分子量聚乙烯纤维》了解到两种改性方式，并对两种改性方式优劣做出对比；参考了《Investigation of the ballistic performance of ultra high molecular weight polyethylene composite panels》了解到超高分子量聚乙烯纤维的防弹性能及在其他领域的应用情况。 关键词：超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）;纳米材料;多巴胺 1前言 以“惊异塑料”著称的UHMWPE具有与聚乙烯(CPE)一样的线性结构。UHMWPE极高的分子量(分子量在150万以上)赋予其优异的使用性能，而且属于价格适中、性能优良的热塑性工程塑料，它凡乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不易粘附、不易吸水、密度较小等综合性能。事实上，目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能。
超高分子量聚乙烯的研究现状
超高分子量聚乙烯的研究现状 发表时间：2018-12-26T09:41:43.447Z 来源：《青年生活》2018年第10期作者：黄天舒[导读] 超高分子量聚乙烯有着较高的结晶度，较大的拉伸强度、较高的模量，耐冲击性能优异，耐光线照射，耐化学品腐蚀，耐挠曲，较好的耐磨损性，但超高分子量聚乙烯纤维的耐热性能较差，抗蠕变性能差，抗氧化性能较差。 摘要：超高分子量聚乙烯有着较高的结晶度，较大的拉伸强度、较高的模量，耐冲击性能优异，耐光线照射，耐化学品腐蚀，耐挠曲，较好的耐磨损性，但超高分子量聚乙烯纤维的耐热性能较差，抗蠕变性能差，抗氧化性能较差。本文阐述了超高分子量聚乙烯作为工程塑料和生物材料在应用上的不足以及超高分子量聚乙烯复合材料的研究难点，并提出了多种改性方法，对超高分子量聚乙烯的研究现状进行了综述。 关键词：超高分子量聚乙烯;共混;复合材料;改性 1.超高分子量聚乙烯相关性能 超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)是一种综合性能优异的热塑性线型高分子材料。从分子结构上来看，超高分子量聚乙烯分子链结构中不含有芳香族和极性较大的基团，因此，不易于接触的制品发生粘合反应。超高分子量聚乙烯经过热拉伸之后，其分子链排列更加规整，其内部的缺陷大幅降低，结晶性能也发生较大的改善。另一方面，超高分子量聚乙烯具有良好的耐化学腐蚀性，与强酸强碱接触不会影响自身的综合性能[[] 梁淑君, 贾润礼. 超高分子量聚乙烯的研究现状[J]. 山西化工, 2002, 22(2):20-22.]。 2.UHMWPE改性方法 由于UHMWPE的分子量很大，加工温度即使达到其熔点，熔体几乎不发生流动，因此UHMWPE极其难以加工。UHMWPE是非极性聚合物，造成UHMWPE纤维与很多非极性聚合物之间极性差异较大，两相界面的排斥力强烈，造成两相的结合力很差，导致相容性很差，极容易发生相分离，通常采用添加相容剂来改善它们之间的相容性。鉴于此，本文提出了UHMWPE多种改性方法，包括UHMWPE/PU共混，UHMWPE/CaCO3/HDPE二元和三元共混，UHMWPE/LCP共混体系机械和摩擦性能的研究，硅灰石纤维改性超高分子量聚乙烯共混物的滑动摩擦行为，用等离子体改性UHMWPE耐磨损性等等。 2.1 UHMWPE/PU共混 超高分子量聚乙烯UHMWPE是性能优异的热塑性塑料，具有良好的机械性能，抗冲击性能，优良的自润滑性能，耐化学品腐蚀性，较突出的耐磨损性能。聚氨酯PU具有良好的韧性的热塑性塑料，在加热后变成高弹性的弹性体。聚氨酯也具有良好的耐磨损性能，所以在各种领域应用十分广泛。UHMWPE和PU共混形成塑胶进一步优化了材料的耐磨损性能。 然而，UHMWPE和PU共混存在着诸多问题：1.两种物料的存在较大分子量差异：UHMWPE分子量很大，分子量通常达到100万以上，远远大于聚氨酯以及其他共混物。UHMWPE极大的分子量导致体系分子链缠结严重，同时也会使粘度变得极大，很难与其他聚合物进行共混。为了克服这一系列问题，UHMWPE与其他聚合物共混时采用熔融浇注法，这种方法能增加体系的物理交联程度，这种方法和溶液共混类似。 2.2 UHMWPE/CaCO3/HDPE二元和三元共混 由于无机填料与这些通用塑料的相容性比较差，导致这种复合材料韧性和断裂伸长率都被削弱。通常采用添加相应的偶联剂来改善无机填料与基材的附着力和相容性。除了这种方法，在聚合物中填充技术得到改进，使得聚合反应直接在无机纤维填料的表面进行[[] 苏荣锦,黄安民. 超高分子量聚乙烯改性研究进展[J]. 塑料科技, 2010, 38(6):93-97.]。其他方法也介绍了，在聚合物中填充橡胶粒子，可以在聚合物内部形成两相结构，形成核-壳相，分散相。刚性的纤维作为核-壳相的核结构，橡胶形成壳结构分散在聚合物基体内部。然而，这种复合材料的力学性能是复杂的，随着体系中粒子界面之间相互作用而发生变化。在这种分散体系下，在复合材料中橡胶相是随机分散的。虽然填充后的复合材料韧性有所改善，但是模量，刚性和拉伸强度都呈下降趋势。造成这一差异可能是由于填充的橡胶粒子增加了复合材料的韧性。 UHMWPE是一种性能优异的工程塑料，具有良好的韧性，高强度，优异的耐磨损性能。由于UHMWPE的分子量很大，加工温度即使达到其熔点，熔体几乎不发生流动，因此UHMWPE极其难以加工。据报道[[] 雷毅, 郭建良. 超高分子量聚乙烯的流动改性研究进展[J]. 工程塑料应用, 2005, 33(4):70-72.]，UHMWPE能和某些聚合物进行共混，例如，聚醚砜，聚碳酸酯，高密度聚乙烯，提高基材的韧性以及抗裂纹发展的能力[[] 李建利, 张新元, 贾哲昆,等. 超高分子量聚乙烯纤维性能及生产现状[J]. 针织工业, 2016(6):21-25.]。因此，探索出UHMWPE 与CaCO3/HDPE两者形成的共混物最佳性能的共混体系。 2.3 UHMWPE综合性能 UHMWPE是一种线型高密度聚乙烯，分子量在2×106到16×106g/mol，极高的分子量为基材提供了优异的抗冲击性能以及耐磨损性，但是它的这些性质阻碍了传统的挤出成型的加工方法。UHMWPE具有独特的理化性质[[] 杨玉清, 王佩璋. 超高分子量聚乙烯的改性研究进展[J]. 塑料制造, 2004(4):45-51.]：1.相对于其他热塑性塑料而言，UHMWPE具有较好的耐磨损性能，2.优异的抗冲击性能， 3.具有较低的摩擦系数，以及良好的自润滑性能，3.较高的抗拉伸断裂能力， 4.较好的抗疲劳失效能力， 5.噪音和能量的衰减性能， 6.优异的电绝缘性能， 7.广泛用于食品以及医药行业。UHMWPE通常加工成板材来使用，基于UHMWPE以上性质，UHMWPE熔体流动速率几乎为0，与其他热塑性塑料有较差的相容性，由于它的熔体粘度过高，无法采用传统的挤出成型的方法进行加工，熔体粘度大大限制了UHMWPE的加工范围。总之，UHMWPE成型方法源于冶金以及氟碳粉末的加工。UHMWPE粉末由于具有足够的强度，模量以及抗蠕变性能，通常用在建筑行业中作为一种结构材料来使用。 3.展望 以上介绍了UHMWPE多种改性方法，随着改性技术的不断革新，UHMWPE纤维必将广泛地应用于各个领域。UHMWPE改性作为一种新型技术，填充改性后的共混物受诸多因素的影响。其次UHMWPE自增强材料应用领域的特殊性，优化在各个领域使用性能。UHMWPE 复合材料的相关性能与各个配方配比及性质有着重要关系，随着时间的推移和更多新产品的开发和研制, UHMWPE必将会更好的造福人类。 4. 参考文献