談起高性能纖維,就不得不說起這種纖維——超高分子量聚乙烯。超高分子量聚乙烯纖維(英文全稱:Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber,簡稱UHMWPE),又稱高強高模聚乙烯纖維,是目前世界上比強度和比模量高的纖維,其分子量在100萬~500萬的聚乙烯所紡出的纖維。
1簡介
當(dāng)今世界三大高性能 纖維是:芳綸、碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維,當(dāng)前由于技術(shù)問題芳綸僅有小量生產(chǎn);碳纖維尚處在試驗和初級生產(chǎn)階段,產(chǎn)品只能應(yīng)用在耐磨填料等領(lǐng)域;超高分子量聚乙烯纖維在1994年同益中突破關(guān)鍵性生產(chǎn)技術(shù)以來,現(xiàn)已經(jīng)在國內(nèi)形成多個超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地。
2性能
1、高比強度,高比模量。 比強度是同等截面鋼絲的十多倍,比模量僅次于特級碳纖維。
2、纖維密度低,密度是0.97-0.98g/cm,可浮于水面。3 、斷裂伸長低、斷裂功大,具有很強的吸收能量的能力,因而具有突出的抗沖擊性和抗切割性。4、抗紫外線輻射,防中子和γ射線,比能量吸收高、介電常數(shù)低、電磁波透射率高。5、耐化學(xué)腐蝕、耐磨性、有較長的撓曲壽命。
3生產(chǎn)流程
超高分子量聚乙烯纖維的主要生產(chǎn)工序如下: 原料的制備——雙螺桿擠壓機——紡絲箱——噴絲板——萃取——干燥——加熱牽伸——卷繞成型。
制備原料
常規(guī)熔融紡是不加溶劑的。因生產(chǎn)是連續(xù)化的,所以原料的配比不能有波動,要求始終均勻一致。雖然含固量的提高,是提高產(chǎn)量的重要手段之一,但拉伸比也隨之提高,整體車速都要響應(yīng)加快,增加了操作難度,毛絲的產(chǎn)生量相比明顯增多,不易把握。
攪拌物料
螺桿擠壓機對物料起著輸送—攪拌—加熱—加壓等作用。
紡絲
紡絲箱的作用主要是保溫;控溫;均勻的將物料分配到每一個紡絲組件。
噴絲
由計量泵將物料擠壓變?yōu)榻z條,就是通過噴絲板實現(xiàn)的,板的孔徑大小及刨面形狀是它的重要技術(shù)參數(shù),它對纖維的成型及拉伸性能的好壞,起著至關(guān)重要的作用。
萃取
主要是將絲條中大量的溶劑萃取、置換出來,從而得到“純”度的高強度聚乙烯纖維。
干燥
干燥工序,主要目的是將粘于絲條上的萃取劑祛除烘干,以備牽伸之用。干燥溫度和干燥長度的把握是其關(guān)鍵所在。此工序不可小視,它直接關(guān)系到后牽伸的產(chǎn)品質(zhì)量。
加熱牽伸
此纖維必須采取多級牽伸方式,才能達到高強、高模的特性。每一級欠牽伸過程中,分子間結(jié)構(gòu)都有很大的變化。隨著拉伸,大分子間由無序狀向有序狀,定向排列,結(jié)晶度也隨之逐漸提高。只有在纖維的大分子沿纖維軸向的取向度提高,大分子鏈產(chǎn)生的數(shù)量就多,抱合力就越大,纖維的強力自然也就越高。纖維的結(jié)晶度提高,初始模量也自然提高,纖維在抗外力的作用下,伸長越小,變形量也越小。
卷繞成型
絲卷成型的要求:絲筒無塌邊,無毛邊,絲束要定長,定重。
4應(yīng)用前景
國防方面
由于該纖維的耐沖擊性能好,比能量吸收大,在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料,如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導(dǎo)彈罩、防刺衣、盾牌等
航空方面
在航天工程中,由于該纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強和抗沖擊性能好,適用于各種飛機的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)飛機等。該纖維也可以用作航天飛機著陸的減速 降落傘和飛機上懸吊重物的繩索,取代了傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩索,其發(fā)展速度異常迅速。
民用方面
繩索、纜繩方面的應(yīng)用;該纖維及其復(fù)合材料可用作耐壓容器、傳送帶、過濾材料、汽車緩沖板等;建筑方面可以用作墻體、隔板結(jié)構(gòu)等,用它作增強水泥復(fù)合材料可以改善水泥的韌度,提高其抗沖擊性能。
1簡介
當(dāng)今世界三大高性能 纖維是:芳綸、碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維,當(dāng)前由于技術(shù)問題芳綸僅有小量生產(chǎn);碳纖維尚處在試驗和初級生產(chǎn)階段,產(chǎn)品只能應(yīng)用在耐磨填料等領(lǐng)域;超高分子量聚乙烯纖維在1994年同益中突破關(guān)鍵性生產(chǎn)技術(shù)以來,現(xiàn)已經(jīng)在國內(nèi)形成多個超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地。
2性能
1、高比強度,高比模量。 比強度是同等截面鋼絲的十多倍,比模量僅次于特級碳纖維。
2、纖維密度低,密度是0.97-0.98g/cm,可浮于水面。3 、斷裂伸長低、斷裂功大,具有很強的吸收能量的能力,因而具有突出的抗沖擊性和抗切割性。4、抗紫外線輻射,防中子和γ射線,比能量吸收高、介電常數(shù)低、電磁波透射率高。5、耐化學(xué)腐蝕、耐磨性、有較長的撓曲壽命。
3生產(chǎn)流程
超高分子量聚乙烯纖維的主要生產(chǎn)工序如下: 原料的制備——雙螺桿擠壓機——紡絲箱——噴絲板——萃取——干燥——加熱牽伸——卷繞成型。
制備原料
常規(guī)熔融紡是不加溶劑的。因生產(chǎn)是連續(xù)化的,所以原料的配比不能有波動,要求始終均勻一致。雖然含固量的提高,是提高產(chǎn)量的重要手段之一,但拉伸比也隨之提高,整體車速都要響應(yīng)加快,增加了操作難度,毛絲的產(chǎn)生量相比明顯增多,不易把握。
攪拌物料
螺桿擠壓機對物料起著輸送—攪拌—加熱—加壓等作用。
紡絲
紡絲箱的作用主要是保溫;控溫;均勻的將物料分配到每一個紡絲組件。
噴絲
由計量泵將物料擠壓變?yōu)榻z條,就是通過噴絲板實現(xiàn)的,板的孔徑大小及刨面形狀是它的重要技術(shù)參數(shù),它對纖維的成型及拉伸性能的好壞,起著至關(guān)重要的作用。
萃取
主要是將絲條中大量的溶劑萃取、置換出來,從而得到“純”度的高強度聚乙烯纖維。
干燥
干燥工序,主要目的是將粘于絲條上的萃取劑祛除烘干,以備牽伸之用。干燥溫度和干燥長度的把握是其關(guān)鍵所在。此工序不可小視,它直接關(guān)系到后牽伸的產(chǎn)品質(zhì)量。
加熱牽伸
此纖維必須采取多級牽伸方式,才能達到高強、高模的特性。每一級欠牽伸過程中,分子間結(jié)構(gòu)都有很大的變化。隨著拉伸,大分子間由無序狀向有序狀,定向排列,結(jié)晶度也隨之逐漸提高。只有在纖維的大分子沿纖維軸向的取向度提高,大分子鏈產(chǎn)生的數(shù)量就多,抱合力就越大,纖維的強力自然也就越高。纖維的結(jié)晶度提高,初始模量也自然提高,纖維在抗外力的作用下,伸長越小,變形量也越小。
卷繞成型
絲卷成型的要求:絲筒無塌邊,無毛邊,絲束要定長,定重。
4應(yīng)用前景
國防方面
由于該纖維的耐沖擊性能好,比能量吸收大,在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料,如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導(dǎo)彈罩、防刺衣、盾牌等
航空方面
在航天工程中,由于該纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強和抗沖擊性能好,適用于各種飛機的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)飛機等。該纖維也可以用作航天飛機著陸的減速 降落傘和飛機上懸吊重物的繩索,取代了傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩索,其發(fā)展速度異常迅速。
民用方面
繩索、纜繩方面的應(yīng)用;該纖維及其復(fù)合材料可用作耐壓容器、傳送帶、過濾材料、汽車緩沖板等;建筑方面可以用作墻體、隔板結(jié)構(gòu)等,用它作增強水泥復(fù)合材料可以改善水泥的韌度,提高其抗沖擊性能。
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