摘要

超高分子量聚乙烯纖維是世界三大高性能纖維之一，因?yàn)樗幕瘜W(xué)性能和物理機(jī)械性能極具優(yōu)勢(shì)，在很多領(lǐng)域廣泛使用，比如：軍事上、工業(yè)上、航海上、航空航天上等。同時(shí)超高分子量聚乙烯纖維是我國(guó)要重點(diǎn)發(fā)展的高科技項(xiàng)目，也是我國(guó)極力發(fā)展的特種纖維之一。本文綜合闡述了什么是超高分子量聚乙烯纖維，超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展歷程、性能和應(yīng)用，并對(duì)它的發(fā)展前景進(jìn)行了預(yù)估。

超高分子量聚乙烯纖維作為我國(guó)新型高性能纖維，因?yàn)榫哂懈邚?qiáng)度、高模量、低斷裂伸長(zhǎng)率等優(yōu)良的力學(xué)性能，優(yōu)良的耐沖擊性能、耐化學(xué)腐蝕性能等優(yōu)良性能，使超高分子量聚乙烯纖維應(yīng)用在我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域，且具有良好的發(fā)展前景。

1.什么是超高分子量聚乙烯纖維

超高分子量聚乙烯纖維簡(jiǎn)稱UHMWPE纖維，別名又叫做高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，是分子量150萬(wàn)以上的無(wú)支鏈的線性聚乙烯。它和碳纖維、芳綸合稱為“世界三大高科技纖維”。它是將分子量在100萬(wàn)以上的聚乙烯進(jìn)行紡絲和高倍牽伸而制成的纖維。

超高分子量聚乙烯纖維是世界上最堅(jiān)強(qiáng)有韌性的纖維。用俗話說(shuō)就是：“輕薄如紙，堅(jiān)硬如鋼”，強(qiáng)度是鋼鐵的15倍，是目前制造防彈衣的主要材料。

2.超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展歷程

超分子量聚乙烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，上世紀(jì)30年代有人最早地提出了有關(guān)于超高分子量聚乙烯纖維的基礎(chǔ)理論；凝膠紡絲法和增塑紡絲法的出現(xiàn)使超高分子量聚乙烯在技術(shù)攻關(guān)上取得了極大的突破；

上世紀(jì)70年代，英國(guó)利茲大學(xué)的Capaccio和Ward首先研發(fā)分子量為10萬(wàn)的高分子量聚乙烯纖維成功，使超高分子量聚乙烯纖維取得了階段性的進(jìn)步；

1964年中國(guó)研制超高分子量聚乙烯纖維成功并將其投入到工業(yè)生產(chǎn)中；

1 9 7 5 年， 荷 蘭 利 用 十 氫 萘 做 溶 劑 研 發(fā) 了 凝 膠 紡絲 法(Gelspinning)，成功制作出超高分子量聚乙烯纖維，并在1979年發(fā)明高強(qiáng)聚乙烯纖維的有效方法，具有工業(yè)化前途；

1983年日本采用凝膠擠壓超倍拉伸法，以石蠟作溶劑，生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維；

2001年中國(guó)科學(xué)技術(shù)部國(guó)科計(jì)字(2000)056號(hào)文件將超高分子量聚乙烯纖維作為國(guó)家科技重點(diǎn)發(fā)展的高科技項(xiàng)目。超高分子量聚乙烯纖維屬于化工類(lèi)新材料、新產(chǎn)品。而且被國(guó)家計(jì)委科技部列為國(guó)家科技成果重點(diǎn)發(fā)展計(jì)劃。

3.超高分子量聚乙烯纖維的優(yōu)良性能

超高分子量聚乙烯纖維具有很多優(yōu)良的性能，例如：優(yōu)良的力學(xué)性能、優(yōu)良的耐沖擊性能、優(yōu)良的耐磨性能、耐化學(xué)腐蝕性能、優(yōu)良的耐光性能等等。

(1) 超高分子量聚乙烯纖維優(yōu)良的力學(xué)性能

超高分子量聚乙烯纖維具有優(yōu)良的力學(xué)性能，在線性密度相同的情況下，超高分子量聚乙烯纖維抵抗拉伸的強(qiáng)度是鋼絲繩的15倍。比同為“世界三大高科技纖維”之一的芳綸高百分之四十，比優(yōu)質(zhì)鋼纖維和普通的化學(xué)纖維高10倍。與鋼、E玻璃、尼龍、聚烯胺、碳纖維和硼纖維相比，其強(qiáng)度和模量比這些纖維都高，在相同質(zhì)量的材料中強(qiáng)度最高。

(2) 超高分子量聚乙烯纖維優(yōu)良的耐沖擊性能

超高分子量聚乙烯纖維具有優(yōu)良的耐沖擊性能，它在變形和塑形過(guò)程中的吸收能量的能力和抵抗沖擊的能力比同為“世界三大高科技纖維”的芳綸纖維、碳纖維都高。與聚酰胺、芳族聚酰胺、E玻璃纖維、碳纖維、芳綸相比，超高分子量聚乙烯纖維比沖擊總吸收能量還要高。

(3) 超高分子量聚乙烯纖維優(yōu)良的耐磨性能

一般來(lái)說(shuō)，材料的模量越大，耐磨性能就會(huì)越低，但是對(duì)于超高分子量聚乙烯纖維來(lái)說(shuō)，正好相反。因?yàn)槌叻肿恿烤垡蚁├w維具有較低的摩擦系數(shù)，所以模量越大，其耐磨性能越高。將超高分子量聚乙烯纖維與碳纖維、芳綸纖維的增強(qiáng)塑料摩擦系數(shù)比較，超高分子量聚乙烯纖維的耐磨性和彎曲疲勞度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳纖維和芳綸纖維。所以它的耐磨性能比其他高性能纖維更加優(yōu)良。還由于它的耐磨，耐彎曲性能優(yōu)越，所以它的加工性能也比較優(yōu)越，容易制作成為其他復(fù)合材料和織物。

(4) 超高分子量聚乙烯纖維耐化學(xué)腐蝕性

超高分子量聚乙烯纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)比較單一，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，而且它具有高度結(jié)晶的結(jié)構(gòu)取向，使得其在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中不易于受到活性基因的攻擊，能夠保持它原有的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。所以，大部分的化學(xué)物質(zhì)都不容易腐蝕它，只有極少數(shù)的有機(jī)溶液可以將它輕度溶脹，而且它的力學(xué)性能損失小于百分之十。將超高分子量聚乙烯纖維和芳綸纖維進(jìn)行在不同化學(xué)品介質(zhì)中的強(qiáng)度保留率進(jìn)行比較。超高分子量聚乙烯纖維的耐腐蝕性能明顯高于芳綸纖維，它在酸、堿、鹽中的性質(zhì)結(jié)構(gòu)特別穩(wěn)定，只有在次氯酸鈉溶液中強(qiáng)度有所損失。

(5) 超高分子量聚乙烯纖維良好的耐光性能

因?yàn)槌叻肿恿烤垡蚁├w維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以它的耐光性也是高科技纖維中最優(yōu)越的。芳綸纖維不耐紫外線，只有在避免陽(yáng)光直接照射的情況下使用。將超高分子量聚乙烯纖維與尼龍、高模量和低模量的芳酰胺進(jìn)行對(duì)比，超高分子量聚乙烯纖維的強(qiáng)度保留率明顯高于其他纖維。

(6) 超高分子量聚乙烯纖維的其他性能

超高分子量聚乙烯纖維還具有良好的疏水性能、耐水耐濕性能，電絕緣性能和較長(zhǎng)的曲折壽命。其耐水和耐低溫性能突出，比重較小，是唯一能漂浮在水上的高科技纖維，還是一種比較理想的低溫材料。

但是它也有其缺點(diǎn)，就是熔點(diǎn)較低。在對(duì)其加工過(guò)程中溫度不能超過(guò)130℃，否則就會(huì)因?yàn)槌叻肿恿烤垡蚁├w維之間分子鏈間作用力較弱的原因，使其發(fā)生蠕變現(xiàn)象，減短使用壽命。超高分子量聚乙烯纖維上不存在染基團(tuán)，使其浸潤(rùn)性差，染料很難滲透到纖維內(nèi)部，導(dǎo)致它的染色性差，這些缺點(diǎn)影響了它的應(yīng)用領(lǐng)域的范圍。

4.超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展前景和應(yīng)用領(lǐng)域

超高分子量聚乙烯纖維是強(qiáng)度最高的化學(xué)纖維，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化的生產(chǎn)。因具有優(yōu)越的力學(xué)、耐腐蝕、耐磨、耐光等性能，提高了設(shè)備的使用壽命，提高了設(shè)備的性價(jià)比等，超高分子量聚乙烯纖維以然成為新時(shí)代迅猛發(fā)現(xiàn)的高新技術(shù)材料。廣泛應(yīng)用于安全防護(hù)、航空、航天、航海、電子、兵器、造船、建材、體育、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。

在體育用品中，將其制作成為安全帽、滑雪板、帆輪板、釣竿、球拍及自行車(chē)、滑翔板、超輕量飛機(jī)零部件等；

在航天工程中，由于其比重小和抗沖擊性能好，適用于各種飛機(jī)的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)飛機(jī)等。也能用來(lái)作為航天飛機(jī)著陸的減速降落傘和飛機(jī)上懸吊重物的繩索；

在醫(yī)學(xué)方面，被用于牙托材料、醫(yī)用移植物和整形縫合等方面，它不會(huì)引起過(guò)敏，已經(jīng)被作為臨床應(yīng)用。還用于醫(yī)用手套和其他醫(yī)療措施等方面。

5.總結(jié)

經(jīng)過(guò)我國(guó)一代又一代人對(duì)高科技材料的探索，終于將超高分子量聚乙烯纖維納入我國(guó)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)之中。超高分子量聚乙烯纖維因其優(yōu)良的各種性能，使其在目前處于纖維中的不敗地位，被應(yīng)用到我國(guó)的國(guó)防、醫(yī)療、航天、航空和航海等多個(gè)領(lǐng)域。

特別聲明：本站所轉(zhuǎn)載其他網(wǎng)站內(nèi)容，出于傳遞更多信息而非盈利之目的，同時(shí)并不代表贊成其觀點(diǎn)或證實(shí)其描述，內(nèi)容僅供參考。版權(quán)歸原作者所有，若有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。