超高分子量聚乙烯纤维

超高纤维绳
超高纤维
绳缆
9/29/2012 在防弹衣上的应用
防腐蚀手套
防弹头盔
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超高分子量聚乙烯纤维的特殊性能
第一、高比强度，高比模量。 比强度是同等截面钢 丝的十多倍，比模量仅次于特级碳纤维。 第二、纤维密度低，密度是0.97g/cm 3 ，可浮于水 面。 第三、断裂伸长低、断裂功大，具 有很强的吸收能 量的能力，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。 第四、抗紫外线辐射，防中子和γ射线，比能量吸收 高、介电常数低、电磁波透射率高。 第五、耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。

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超高分子量聚乙烯纤维的物理性能
密度：0.97～0.98g/cm3。比水的密度低，可以漂 浮在水上。 强度：2.8～4N/tex。 模量：91～140N/tex。 延伸度：3.5%～3.7%。 耐冲击性能高于芳纶、碳纤维等。 具有良好的耐化学腐蚀性能。 耐磨性好，摩擦系数小，比碳钢、黄铜还耐磨数倍， 也优于芳纶和碳纤维。 耐光性是纤维中最好的一种 。 可以从低温一直到80~100℃下使用，短暂地暴露在 高温，如130℃条件下3h，强度还可以保持80%， 7 9/29/2012 但不能高于熔融温度
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民用方面
第二、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。
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民用方面
第三、用作生物材料：该纤维增强复合 材料用于牙托材料、医用移植物和整形缝合 等方面，还用于医用手套和其他医疗措施等 方面。
超高分子量聚乙烯纤维
09高材01 刘玉
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主要内容
超高分子量聚乙烯纤维的简介
超高分子量聚乙烯纤维的特殊性能
超高分子量聚乙烯纤维的制法
超高分子量聚乙烯纤维的应用前景
超高分子量聚乙烯纤维的市场前景及市场情况 中国超高分子量聚乙烯纤维的产业化市场情况
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超高分子量聚乙烯纤维的研发和产
业化情况
上世纪 70年代末期，荷兰帝斯曼公司采用凝胶纺 丝方法 (Gel spinning) 纺制超高分子量聚乙烯纤维获得 成功,并于1990年开始工业化生产，该公司是该纤维的 创始公司，也是该纤维世界上产量最高、质量最佳的制 造商，年产量约5000吨。 80年代美国Allied-Singal公司购买了荷兰帝斯曼公 司的专利，开发出了自己的生产工艺并工业化。1990年 Allied Signal公司被霍尼韦尔公司兼并，继续生产超高 分子量聚乙烯纤维，年产量约 3000吨。 日本东洋纺公司和荷兰帝斯曼公司合资在日本生产 超高分子量聚乙烯纤维，销售地区仅限日本和中国台湾 省，年产量约600吨。

断裂 伸长率 ＜ 3％ 总纤度 800 ～ 2400D 单丝纤度 3.5 ～ 4.0D 吸湿性 无 沸水收缩率 ＜ 1％ 水解性 无 抗紫外光性 优良 熔点 144 ～ 155℃ 导热性（沿纤维轴向） 20w(mk) 散热系数 -12×10 -6 K 电阻 ＞ 10 14 Ω 电介质强度 900KV/CM 介电常数（（ 22℃、10Ghz） 2.25 损耗因数 2×10 -4 熔变性（ 22℃、20% load） 1×10 -2 % d
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民用方面
第四、工业上，该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；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。
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超高分子量聚乙烯纤维的市场前景
超高分子量聚乙烯纤维目前属世界范围 内的稀缺物资， 世界年需求量约 5万吨，其 中美国占70%。但 目前全世界产量不足 9000吨，缺口很大。据专家预测，未来10年 内每年超高分子量聚乙烯纤维的市场年需求 量将在10万吨以上，市场潜力巨大，前景广 阔。
超高分子量聚乙烯纤维的应用前景
由于超高分子量聚乙烯纤维具有众多的 优异特性， 它在高性能纤维市场上，包括从 海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方 面均显示出极大的优势，在现代化战争和航 空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足 轻重的作用。
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国防军需装备方面
军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹 材料，如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护 板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、 防刺衣、盾牌等，其中以防弹衣的应用最为 引人注目，现已成为占领美国防弹背心市场 的主要纤维。另外，国外用该纤维增强的树 脂复合材料制成的防弹、防暴头盔已成为钢 盔和芳纶增强的复合材料头盔的替代品。
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中国超高分子量聚乙烯纤维市场情况
我国超高分子量聚乙烯纤维年产量已经 接近3000吨，主要用于制造防刺服、防弹衣、 防弹头盔、绳缆、远洋渔网、鱼线、劳动防 护等，部分纤维出口欧美及亚洲等一些国家 和地区。国内国防领域已逐步使用，民用领 域应用也在推广使用，每年的市场需求量约 在10000吨以上。
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航空航天方面
在航天工程中，该纤维适用于各种飞机 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。
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民用方面
第一、绳索、缆绳方面的应用：用该纤 维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海 洋工程，是该纤维的最初用途。普遍用于负 力绳索、重载绳索、救捞绳、拖拽绳、帆船 索和钓鱼线等。该绳索用于超级油轮、海洋 操作平台、灯塔等的固定锚绳，解决了以往 使用钢缆遇到的锈蚀和尼龙、聚酯缆绳遇到 的腐蚀、水解、紫外降解等引起缆绳强度降 低和断裂，需经常进行更换的问题。
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超高分子量聚乙烯纤维制法
第一：超高分子量聚乙烯的溶解。溶剂可选用 十氢萘。矿物油。石蜡油或煤油等，并加入 适量抗氧化剂，在N₂的保护下高速搅拌溶解， 后升温再缓慢冷却至出现聚合物凝胶。 第二：超高分子量聚乙烯的溶液连续挤出。 第三：超高分子量聚乙烯的溶液纺丝、凝胶化 和结晶化，这可通过冷却和萃取，或是通过 溶剂蒸发完成。 第四：超倍拉伸，去除残余溶剂，赋予纤维最 终的超强性能。 9/29/2012 10
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随着超高分子量聚乙烯纤维在我国实现 规模化工业生产，以及生产成本和产品价格 的下降，必将迅速带动中国在其国防和民用 应用领域的 研究和发展，尤其是在民用领域 （ 绳缆、远洋渔网、海上养殖、劳动防护 类） ，应用范围将不断扩展，社会惠及面越 来越广， 市场需求保持旺盛增长。中国超高 分子量聚乙烯纤维的发展对国防建设和军事 装备也将有着不同寻常的战略意义。
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中国超高分子量聚乙烯纤维产业化情况
我国自1985年开始超高分子量聚乙烯纤维的研究， 东华大学、盐城超强高分子材料工程技术研究所先后加 入研发行列， 并取得了一系列重大理论突破。随即一 些企业投入中试及小规模工业化生产，至今经过不懈努 力其纤维性能已经达到国际中等水平并具有各自的特色， 部分进入规模化生产阶段 。 目前，盐城超强高分子材料工程技术研究所和东华 大学正联合研究开发新一代产量高、质量好的工艺和装 备技术。为此，国家在“十一五”《纺织工业科技进步 发展纲要》中重点将超高分子量聚乙烯纤维产业化研发 列为纺织行业重点突破的 28项关键技术之首位，并要 求“要对 国内已有基础的新一代超高强高膜聚乙烯等 应用技术深化研究，实现产业升级”。
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目前欧美和日本的超高分子量聚乙烯纤 维用途结构有一定差异。欧美主要用于防弹 衣和武器装备，占总量 60%～70%，其次为 绳缆占20%，渔网等占5%、劳动防护占5%； 日本主要用于绳缆、渔网、防护类，特别是 防切割手套，在汽车生产涂漆工序的使用已 达到超高分子量聚乙烯纤维总需求量的1/4。
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超高分子量聚乙烯纤维的简介
超高分子量聚乙烯纤维( Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber， 简称UHMWPE)，又称高强 高模聚乙烯纤维，也称伸直链聚乙烯 纤维（ECPE），其原材料是超高分 子量线型聚乙烯，它是目前世界上比 强度和比模量 最高的纤维,其分子量 在100万～500万的聚乙烯所纺出的 纤维。
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高强高模聚乙烯纤维的强伸性能测试
由于聚乙烯纤维高比强度，高比模量，其强伸 度测试对强力仪性能要求比一般纤维要高得多。它 要求纤维强力仪的夹持器既能夹紧纤维试样在拉伸 试验中不打滑，又不因夹持力过大而损伤纤维。早 期生产的电子强力仪采用手工夹持器，用人工拧紧 螺丝夹紧纤维试样，夹持力难以控制，为防止试样 打滑往往手工操作夹持力过大，造成夹持器钳口处 应力过分集中，测试结果强力和伸长偏低，对纤维 质量正确评定带来不利结果。现今广泛应用的是气 动夹持器。
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超高分子量聚乙烯纤维自商业化生产以来，一 直在迅速发展。美国发生恐怖事件和世界不断发生 局部战争以来，防弹衣料和军需装备用超高分子量 聚乙烯纤维的需求迅速扩大。同样在民用领域，超 高分子量聚乙烯纤维产品以其优良的性能，迅速成 为海上用绳缆、远洋渔网和海上网箱等的主要材料， 其市场需求保持旺盛的增长。尽管荷兰帝斯曼公司、 美国 霍尼韦尔公司 和日本三井公司近几年多次增 建扩产，产量以每年 8%以上的速度递增，但仍不 能满足市场需求。
真正制得UHMWPE并在技术上取得突破的是凝胶纺 丝法和增塑纺丝法。1979年，荷兰帝斯曼公司申请了采 用冻胶纺丝方法制取UHMWPE的第一个专利。它的问世， 打开了聚乙烯在高性能纤维领域应用的大门，标志着合成 纤维技术史上一个新的里程碑。
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中国是化纤大国，但不是化纤强国，据专家介 绍和有关部门统计，中国的高性能特种纤维的产量 仅为世界产量的百分之一。 当今世界三大高性能 纤维是：芳纶、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维， 目前中国由于技术问题芳纶仅有小量生产；碳纤维 尚处在试验和初级生产阶段，产品只能应用在耐磨 填料等领域；超高分子量聚乙烯纤维在1999年突破 关键性生产技术，现在已经形成规模化生产条件。 据报道，美国超高分子量聚乙烯纤维 70%用于防弹 衣、防弹头盔、军用设施和设备的防弹装甲、航空 航天等军事领域，而高 性能 纤维的发展是一个国 家综合实力的体现，是建设现代化 强国的重要物资 基础， 为此，从国家利益出发大力支持与加速发展 我国的超高分子量聚乙烯纤维的生产与应用尤显迫 切。 9/29/2012 4