1、20 世纪90 年代初出现的第三代高强高模纤维。相对分子质量为100600 万,分子形状为具有方向性线型伸直链结构,取向度接近100%,强度是当今纤维之最,相当于优质钢材的15 倍左右,比碳纤维大2 倍,比芳纶纤维大40%,密度为0.97g/cm3,是唯一能够浮在水面上的高性能纤维,是芳纶的2/3，是碳纤维的1/2.还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高、摩擦系数低及突出的抗冲击、抗切割等优异性能。2.发展及现状n1979 年荷兰DSM 公司采用凝胶纺丝与超倍拉伸方法在实验室制得了高强高模UHMWPE 纤维，1990年实现工业化生产。n日本东洋纺公司于1991
2、年根据DSM的专利技术建厂，市场和产能不断扩大。n美国联合信号公司1995年开发成功Spectra纤维，模量较高，1998年产能翻番。n日本三井石化公司效率高，但残余溶剂难以彻底萃取掉，蠕变较大，市场竞争力不强。n我国已有两家企业可生产出强度高于35cN/dtex的品种，产能也日益提高，市场前景十分广阔。3.应用及发展前景（1）应用宇航，航天，航空，战争装备等：航天航空结构件、雷达罩、运钞车防弹装甲、直升机防弹装甲；织物防护系列：软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、防护手套、防切割用品；绳缆索网线类：舰艇及远洋船舶缆绳、轻质高压容器、深海抗风浪网箱、渔网、赛艇、帆船、滑雪撬等的理想材料。无纺织物
3、类：防弹背心复合材料类：环氧树脂是纤维增强高聚物复合材料的主要基体材料，也是超高模聚乙烯纤维增强复合材料的重要基体。n聚乙烯基UHMWPE纤维增强复合材料（2）前景及研究方向 由于UHMWPE 纤维性能优异,应用潜力巨大,受到了国内外的普遍关注。UHMWPE 纤维今后研究及应用的发展趋势为:继续研究新的纺丝方法,提高生产效率,降低成本;提高UHMWPE 纤维的结晶度和取向度,提高力学性能;继续研究切实可行的表面处理方法,降低蠕变性能,扩大UHMWPE 纤维在航空航天、光缆增强纤维、复合材料、耐压容器等方面的应用。总之,UHMWPE 纤维是很有发展及应用潜力的高科技纤维,加强这方面的研究工作,开
4、创属于我们自己知识产权的新技术、新成果,必将对我国的国防及经济建设等方面作出大的贡献。高分子量线性聚乙烯制备方法：凝胶法（溶液纺丝）熔融纺丝法关键技术：高倍拉伸 橡胶弹性理论：交联点之间的统计链节数越大，可拉伸倍数越大。要求：降低分子之间的缠结点密度 n凝胶纺丝-超倍拉伸法原理：把超高分子量的聚乙烯(PE)溶解于溶剂（十氢化萘等）制成浓度为2%10%的纺丝液,从喷丝孔喷出,低温下凝固成含有大量溶剂的凝胶状丝条,被形象的称作凝胶纺丝,再对凝胶状丝条除去溶剂后进行超倍热拉伸,得到了高强高模PE 纤维。目的：在于使相互缠结的UHMWPE 分子在溶剂中舒展解缠,纺成直径为几个厘米的凝胶状丝条,分子的这
5、种舒展解缠状态在凝胶状丝条中得以保持,然后经过数百倍的多级拉伸得到纤度为200dtex5000dtex 的高强高模UHMWPE 纤维。从微观结构上看超倍拉伸后的纤维大分子沿纤维轴方向得到了充分的舒展和伸直,取向度和结晶度显著提高,大分子的末端数少,从而实现了UHMWPE 纤维的高强高模。n十氢化萘溶剂n矿物油溶剂n石蜡溶剂n乳化混合油剂n煤油、汽油等溶剂n采用干湿法，即原液自喷丝孔喷出以后，先经过一段几厘米的空气层，在进入凝固浴冷却成型。图1 伸直链聚乙烯纤维与一般PE的分子形态 (a)伸直链聚乙烯纤维 (b)一般PE纤维凝胶纺丝法生产高强高模UHMWPE 纤维的生产周期长,设备复杂,溶剂价贵
6、,产率低,成本高。nUHMWPE纤维性能研究趋势纤维性能研究趋势UHMWPE 纤维蠕变产生的原因：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。UHMWPE纤维表面处理纤维表面处理nUHMWPE 纤维大分子链上为无极性基团CH2,取向度高,纤维表面平滑,使UHMWPE 纤维与树脂基体粘接性差,限制了UHMWPE 纤维在复合材料等方面的应用。因此对UHMWPE 纤维的表面进行改性处理,提高其和树脂基体的粘接性能,扩大在复合材料中的应用一直是UHMWPE 研究热点。nUHMWPE 纤维表面
7、处理方法有n物理方法：依据高分子的结晶不完整性,即高分子材料不可能达到100%结晶,非结晶部分容易溶于二甲苯中,结晶部分不溶于二甲苯,经二甲苯处理后在UHMWPE纤维表面产生刻蚀现象,形成凸凹不平的表面,增大了纤维与树脂的接触面积,增加了纤维与树脂基体的结合力。n化学方法：用强氧化剂对UHMWPE 纤维进行处理,在其表面形成活性点或极性基团,增加UHMWPE 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。n等离子体：,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。n辐射交联、电晕、光氧化、光致交联等nUHMWPE 纤维表面处理效果可用DSC、断裂强度、层间剪切强度、粘结强度等进行表征,这些数据很能说明对纤维表面的处理效果。n对于溶剂及化学试剂对UHMWPE 纤维表面的刻蚀作用可用处理前后的失重率来表示,也可用电子显微镜直接观察处理前后纤维表面的光滑程度;对于纤维表面接枝或产生新的极性官能团,可用化学滴定方法、表面的红外光谱、表面元素分析(XPS)等来表征。
