高强高膜聚乙烯纤维
超高强度聚乙烯纤维
型号
SK60 SK71
拉伸强度/
（cN·dtex-）1 28 37
拉伸弹性模量/
（cN·dtex-）1 900 1 150
伸长率/%
4.0 3.7
密度/
(g·cm-3) 0.97 0.97
Dyneema R SK71 的模量、强度与 最 新 超 纤 维— ——PBO 纤维 （AS） 相当。
2.2 结节强度
链 末 端 缺 陷 分 子 质 量 聚 纺丝困难 上
减少，高强度 合物
溶液浓度 C/C*~2
尽量去除缠 C/C*＞20
结
低成本，性能差
取 得 均 匀 溶 球 晶 凝 胶 溶 可取得高浓度的
分批搅拌溶
溶解方式
液（黏度低较 解 法 ， 粉 状（高黏度弹性体）
解
易）
直接溶解法 均匀溶液
急冷凝胶化，
纺丝方式 温度（水冷）
的双圆筒容器中，使内侧圆筒旋转，看到在其表面
折出纤维状结晶，引出前端的丝制成连续的纤维。
制得的纤维状物质与温度、浓度、拉伸速度等有
关。据研究资料称，可取得高强度 （2.6 GPa）、高
弹性模量 （100 GPa）、结晶度很高的、有伸直链分子
结构的纤维。
图 1 表面成长法装置示意图
从工业化试验来看，纤维状物质的粗细和物性 变化大，不稳定，生产速度也很慢 （每分钟数厘米），
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合成纤维 Synthetic Fiber in China
2011 年第 40 卷第 12 期
最后放弃了研究。但是后来的凝胶纺丝法就利用了 其半稀溶液的想法。 1.2 凝胶纺丝法
高强度聚乙烯的基本纺丝技术叫做“凝胶纺 丝法”，1979 年由荷兰 DSM 公司向世界提出专利 申请。关于凝胶纺丝法的评述有很多，这里仅解说 几点。凝胶纺丝法的基本概念如图 2 所示。超高相 对分子质量柔性链聚乙烯在溶液中，分子链呈扩展 状态，纺丝溶液的浓度达到半稀溶液时，纺丝，冷 却结晶，可取得理想的一个分子一个缠结的状态， 制得拉伸性非常好的凝胶丝。在高温时，聚乙烯分 子链间容易滑移，重新排列并可能结晶。因此凝胶 丝加热时，平稳的高倍拉伸 （超拉伸） 可制得缺陷 极少、分子高度取向，结晶度接近 100 %的高强 度、高弹性模量纤维。东洋纺公司于 1984 年与 DSM 开始共同研发高强度聚乙烯纤维，东洋纺负 责纺丝技术，DSM 负责聚合物聚合技术。1989 年 在日本建厂进行工业化生产，次年在荷兰建厂。经 过 20 年的发展，现在日、美、欧高强度聚乙烯的 生产规模超过 1 万 t/a。高强度聚乙烯纤维的初期强度 是 26 cN/dtex，最近开发了超过 35 cN/dtex 的新品 种，性能正逐步提高，如图 3 所示。
高强聚乙烯纤维生产中的安全防护(二篇)
高强聚乙烯纤维生产中的安全防护安全生产是一切工作之首。
在化纤行业中，牵伸机的应用是十分广泛的，高强聚乙烯纤维的生产也不例外。
牵伸机有三辊、五辊、七辊、也可九辊。
为防止纤维在牵伸时产生打滑现象，配以橡胶压辊。
由于对产量的不断需求，生产速度越来越快，给工人带来了一定的操作难度。
相比较牵伸机处更显危险一些。
设计人员采用了很多有效的安全防护措施，基本上保证了安全生产的使用要求。
根据本人从事化纤行业30多年的实践经验，认为此处内容还可以做得更多一些。
普通化纤生产行业，已有几十年的发展史了，化纤生产设备，不论国内外都早已定型，比较成熟。
国内化纤厂更是星罗棋布。
一般短纤维生产都要用上牵伸机，三台、四台、五台不等。
由于生产使用条件有所区别，对牵伸机的安全设置也有不同。
从国外进口的牵伸机上看，有以下几方面的安全设置：1.有机玻璃制成的透明机器面罩。
正常生产中，操作人员与转动的机器由透明罩相隔离，一旦发现有绕辊现象，可将机罩抬起，在抬起的同时触动急停钮。
机罩是由气缸拉起的，在气缸拉起的同时，触动急停开关，整条牵伸生产线即停。
这一设置的安全理念是，停车处理。
显然不能实用。
2.在牵伸机下，设置一根管状急停踏杆，脚一踏，整条线即停。
这一设计比较实用，操作人员自己就可急停，脚下很方便。
在生产实践中，处理小毛丝、小缠辊是不停车的，只有绕大辊，不易处理时，才停车处理。
3.在橡胶压辊的支架处，设有压触式急停钮。
此钮的设置可作为一般性急停，或他人急停触压。
国内牵伸机的安全设置，沿用了上述的第2、3项，另外还增加了上下两层防护杠。
上下两层防护杠的设置，看似简单，其实非常实用。
因牵伸辊分上下两层，当上层缠辊时，手扶上层护杠钩丝，若下层绕辊时，需手扶下层护杠操作。
由于高强聚乙烯纤维的强力很高，即便钩刀很锋利，但想要勾断它并不是件容易的事。
这两层护杠给操作人员起到了：支撑、稳定、平衡、借力等安全作用。
若没有这两层护杠，人只有依靠自己的双脚支撑、平衡，同时还要与转动的丝辊较力，另一只手总是有没抓没捞的感觉，确实比较危险。
高强高模聚乙烯醇纤维说明
高强高模聚乙烯醇纤维说明高强高模聚乙烯醇纤维简称（高强高模PV A纤维）是一种具有高抗拉强度、高杨氏模量、高耐碱性的合成纤维，该纤维是密度大、直径小，许多性能都优于其它合成纤维，同时对水泥、石膏等基材具有极强的亲和力。
一高强高模聚乙烯醇纤维的技术指标项目指标纤维直径(dtex) 2.0±2 （12±2μm）抗拉强度(cn/dtex) ≧ 11 (1428MPa)杨氏模量（cn/dtex）≧ 290 (37.9GPa)断裂伸度（%） 6～8密度（g/cm3） 1.3耐热水性（o C）≧ 104干热软化点（o C）≧ 216二不同有机纤维的物理力学性能三高强高模聚乙烯醇纤维应用我们只需要在水泥、石膏等基材中均匀加入0.3%～0.5%的高强高模聚乙烯醇纤维及少量的高分子聚合物，我们就可以有效的改变水泥、石膏等基材的脆性、消除这些基材在水化过程中产生的裂纹。
由于纤维的存在既消耗了能量又缓解了应力，阻止裂纹进一步发展，起到了阻断裂缝的作用，所以在水泥、石膏制品内掺入少量高强高模聚乙烯醇纤维，可以达到：1 提高基体的抗拉强度。
2 阻止基体原有缺陷裂缝的扩展，并延缓新裂缝的出现，提高耐水性、抗渗性、抗冻性。
3 提高基体的变形能力，从而改善其韧性和抗冲击能力。
由于参有高强高模聚乙烯醇纤维的基材可具有以上能力，所以可广泛应用于：1 大体积砂浆/混凝土浇筑2 工业及民用建筑的屋顶处理，地下室防水，内外墙薄抹灰砂浆3 粉体建材、抗裂砂浆、保温砂浆、粉刷石膏、粉刷腻子、嵌缝腻子4 道路、桥梁、高速公路的路面及护栏5 水坝、水池、停车场、飞机跑道及停机坪等混凝土浇筑。
6 隧道、矿井、地铁、边坡面等喷射混凝土7沿海滩涂、堤坝、盐碱地带、化工腐蚀场地。
8混凝土构件、欧式构件、城市艺术雕塑、预应力砼管、板材9轻质隔墙板、GRC板、保温板、装饰板、FC板。
世界三大高性能纤维简介
世界三⼤⾼性能纤维简介中国⾼性能纤维复合材料需求将⽇渐强劲，尤其是航天航空、汽车、风电等领域。
根据JEC集团研报显⽰，最近⼏年全球复合材料需求增长⼀半都在亚洲，亚洲尤其中国市场增长较快，预计到2013年中国将占据全球复合材料市场增长43%的份额；⽬前国内复合材料⽤于交通运输的⽐例相对⽐较⼩，只占5%，低于全球24%平均⽔平；在⼯业设备领域⽐例为10%，也低于全球26%的平均⽔平。
⽬前⾼性能纤维在飞机上的⽐例为50%-80%，波⾳公司预计到2025年中国运输飞机数量将是原有的3倍；国内风电和汽车领域需求旺盛，⾼性能纤维复合材料作为⼀种先进的轻质⾼强材料，符合风⼒发电机组⼤容量发展趋势，迎合汽车安全、轻型化发展⽅向。
世界三⼤⾼性能纤维：（1）芳纶纤维：⽬前全球芳纶纤维整体已出现供过于求局⾯，但其中芳纶1414的供求形势依旧偏紧。
国内芳纶纤维消费旺盛，年复合增长率约为30%。
我们认为，随着供给增加，国内⾼温滤料⽤芳纶1313或将出现产能过剩，芳纶1313在需有⼀定技术含量的防护领域、芳纶纸⾼端产品应⽤领域市场潜⼒⼤；国内芳纶1414主要依靠进⼝，供给是关键。
芳纶简介 芳纶全称为"聚对苯⼆甲酰对苯⼆胺",英⽂为Aramid fiber（杜邦公司的商品名为Kevlar），是⼀种新型⾼科技合成纤维，具有超⾼强度、⾼模量和耐⾼温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，⽽重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。
它具有良好的绝缘性和抗⽼化性能，具有很长的⽣命周期。
芳纶的发现，被认为是材料界⼀个⾮常重要的历史进程。
芳纶纤维是重要的国防军⼯材料，为了适应现代战争的需要，⽬前，美、英等发达国家的防弹⾐均为芳纶材质，芳纶防弹⾐、头盔的轻量化，有效提⾼了军队的快速反应能⼒和杀伤⼒。
在海湾战争中，美、法飞机⼤量使⽤了芳纶复合材料。
超高聚乙烯纤维(1)
影响纺丝成型的因素： 溶液的浓度：溶液太稀，虽然大分子间缠结 少，易保持原有形态，但拉伸速度很慢，不利 于伸展；浓度较大，缠结点太多，同样无法达 到高倍拉伸的目的 因此适宜的浓度：半稀状态，一般为0.2%--10% 左右。
超倍拉伸： 在拉伸初始阶段，高聚物的结晶层破坏成为小结晶块， 它们沿着拉伸方向与无定形区交替形成微纤维，在原结 构中连结着不同层晶的连结分子，变为晶块间的连结分 子，位于微纤维的边界层。进一步拉伸时，微纤维产生 剪切变形，同时完全伸直的连结分子数增加，在较高的 拉伸温度下，排列整齐的连结分子，可能结晶化为长的 伸直链结晶。它的分子结构是具有-c—c-主链化学键，主 键间具有很高的结合强度。分子的取向程度控制HMPE 纤维的模量。
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
1979 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。
无纺织物类：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。
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。
高强高模pva纤维用途
高强高模pva纤维用途高强高模PVA纤维用途引言：高强高模PVA纤维是一种具有出色性能和广泛应用的合成纤维。
它以聚乙烯醇为主要原料制成，具有高强度和高模量的特点。
本文将介绍高强高模PVA纤维的用途，并探讨其在不同领域的应用。
一、建筑领域高强高模PVA纤维在建筑领域具有重要的应用价值。
在混凝土中添加PVA纤维可以增强混凝土的抗裂性能，提高混凝土的抗拉强度和耐久性。
此外，PVA纤维还可以增加混凝土的韧性和抗冲击性，提高混凝土的整体性能。
因此，在高速公路、桥梁、地铁隧道等工程中广泛应用了高强高模PVA纤维增强混凝土。
二、纺织领域高强高模PVA纤维也被广泛应用于纺织领域。
由于其优异的力学性能和耐磨性，PVA纤维常被用于制作高强度的纺织品，如防弹衣、防刺织物和抗割织物。
此外，PVA纤维还可以用于制作运动服、户外装备等，具有优异的耐久性和舒适性。
三、复合材料领域高强高模PVA纤维在复合材料领域也有广泛的应用。
由于其高强度和高模量的特点，PVA纤维可以用于增强复合材料的力学性能。
例如，在航空航天领域，PVA纤维常被用于制作复合材料结构件，如飞机机身和翼梁等。
此外，PVA纤维还可以用于制作汽车零部件、船舶结构件等，提高产品的强度和刚度。
四、环境保护领域高强高模PVA纤维在环境保护领域也有着重要的应用。
由于其优异的吸水性能，PVA纤维可以用于制作高效的吸水材料。
例如，在污水处理中，可以使用PVA纤维制作吸附剂，用于去除水中的有害物质。
此外，PVA纤维还可以用于制作土壤保水材料，提高土壤的保水能力，减少水资源的浪费。
结论：高强高模PVA纤维具有广泛的应用前景。
在建筑、纺织、复合材料和环境保护等领域，PVA纤维的应用已经取得了显著的成果。
随着科学技术的不断进步，相信高强高模PVA纤维将在更多的领域发挥重要作用，为社会的发展和进步做出更大的贡献。
超高聚乙烯纤维
在拉伸初期结晶度随拉伸倍数的增加呈直线上 升，当拉伸倍数达到一定值时，随拉伸倍数的 增加，结晶度增长减慢并趋于平衡。
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取向度与结晶度相似，在拉伸初期，取向度迅 速提高，对提高纤维的强度和模量起主要作用， 但是达到一定拉伸倍数时，取向度趋于平衡值， 但纤维的强度仍在提高，这可能是由于取向度 不变，而晶区与非情趣的序态结构更完整所致。
剂，经共混造粒后采用熔纺技术制成初生纤维， 再在溶剂汽油中萃取，经不同拉伸倍数制成拉 伸样品。
采用熔融纺技术，可使UHMWPE含量大大增加， 有利于提高生产效率，降低对密度为0.97，具有很 高的轴向性能，比拉伸强度和比刚度高。 优良的耐冲击性能：Tg低热塑性纤维，韧性好 在塑性形变过程中能吸收能量，高应变率和低 温下具有良好的力学性能。 良好的抗湿性、抗化学腐蚀性能 优越的耐磨性能 良好的电绝缘和耐光性能 耐切割性能
大。 要求：降低分子之间的缠结点密度
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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200dtex～5000dtex 的高强 高模UHMWPE 纤维。
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UHMWPE纤维和蠕变性能好的纤维(如碳纤 维、芳纶纤维)混杂，将能明显的改善蠕变 性能。
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（2）UHMWPE纤维表面处理
UHMWPE 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。
高强聚乙烯介绍
高强高模聚乙烯纤维介绍产品背景目前，世界上强度最高的高性能纤维材料—高强高模聚乙烯纤维，因其强度、模量高、质量轻（详见表1-1），在高级轻质复合材料中显示出极大的优势，在现代化战争和宇航、航空、航大、防御设备等方面发挥了举足轻重的作用。
同时，也促进了各相关支柱产业新技术的开发研究。
纤维的商品规模逐步扩大，投资强度逐年上升，生产装置不断完善、更新，纤维性能也随之不断提高，应用领域不断拓宽。
表1-1 几种高强纤维性能对比品种比重（g/cm）强度（g/d）模量（g/d）伸长（%）高强高模PE纤维0.97 30-453.5-4.01000-1350 芳纶 1.44 23-26 500-9001.9-3.6碳纤维 1.78-1.85 14.22 1500-2400 0.5-1.4高强涤纶 1.33 9 110 13钢丝7.86 2 225 1.1 高性能纤维材料方面长期依赖进口，高技术、新材料及其制品的引进又常受封锁和制约，品种、数量有限，限制了各相关工业领域和军需配套的发展。
高强高模聚乙烯纤维属于功能化特种纤维，因此生产开发高强高模聚乙烯纤维对增强综合国力，满足军工配套需要及产业中的应用有着十分重要的意义。
UHMWPE纤维具有轻质高强、使用周期长、耐磨、耐湿、断裂伸长大等特性，而普遍用于负力绳索、重载绳索、救捞绳、拖曳绳、帆船索和钓鱼线等。
UHMWPE 纤维的绳索，在自重下的断裂长度是钢绳的8倍，是芳纶纤维的2倍。
犹豫耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上它制成防护衣料、头盔、防弹衣等，期中以防弹衣的应用最为引人注目。
在体育用品上它用于安全帽、滑雪板、帆船板、钓竿、球拍及自行车、滑翔板、超轻量飞机零部件等，其性能较传统材料好。
由于UHMWPE 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。
超高分子量聚乙烯纤维，实验室试制强度已达5.29g/tex, 模量已达160g/tex。
强力纤维——高强高模聚乙烯纤维
品。
行超倍拉 伸 ，使大分子折叠链伸直 。真正在工业上
实现这 一 目标 ，就是用超高分子量 的聚乙烯进行凝 胶纺丝。凝胶 纺丝 ，就是首先把超高分子量的聚 乙 烯粉末 用石蜡或煤油等进行溶胀 、溶解 ，形成半 稀 溶液 ，然后按 湿法纺 丝的工艺流程 ，制得含有大量 溶剂的凝胶丝条 ，再将这种凝胶丝条进行超倍热拉 伸 ，用萃取剂去除溶剂 ，并 将溶剂 回收 ，经后处理 得到高强高模聚乙烯纤维。
耐光特性对比
纤维
品种
高强高模 聚 乙烯纤维与其他工业纤维的性能比
力学性能 密度
强度
模量
工业用纤维 的特性
伸长
耐光测定方法 纤维在紫外线照射 经 １０ 小时暴露 ５０
强度保
持率
纤维 品种 ｇ ｃ Ｎ／ ｅ ｇ ｄ Ｇ 。 Ｎ／ ｅ ｇ ｄ ／ ｍ’ ｔｘ ／ Ｐ ｔｘ ／ Ｇ 。 ％ Ｐ
１８ ９ ４年 ，荷兰 与 日本 合资建 立了 中试 工厂 。 １ ９ 年荷兰开始在本 国进行商品化生产 ， ９０ 主要致力 于提高纤维的性 能规格 ，因此 ，生产装置不断地完 善 、改进 。同时 ，为克服 因纤维粘合性差给复合材
料加工带来的麻烦 ，开发 了新 的纤维加工产 品，这 是一种单 向材料 ，由平行铺设的高强高模聚 乙烯纤
３高强高模聚乙烯纤维的性能和用途
高强 ・ 高模聚乙烯纤维 ，又称 为超高 分子量 聚
维构成 ，这些纤 维被横 向绞合并采用特种聚合物粘 合剂加 以粘合 ，它 可以使人和设备 免遭高速子弹 、 炸弹碎片和类似威胁的损伤。 目前 ，除荷兰外 ，美国、 日本都可以生产高强 高模聚 乙烯纤维 。
中国及部分省市超高分子量聚乙烯纤维行业相关政策增加聚氨酯等材料品种规格
中国及部分省市超高分子量聚乙烯纤维行业相关政策增加聚氨酯等材料品种规格
超高分子量聚乙烯纤维，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，由于其具有众多的优异特性，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。
国家层面超高分子量聚乙烯纤维行业相关政策
近些年，为了促进超高分子量聚乙烯纤维行业发展，中国陆续发布了许多政策，如2022年2月工业和信息化部等部门联合发布的关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见实施“三品”行动，提升化工产品供给质量。
围绕新一代信息技术、生物技术、新能源、高端装备等战略性新兴产业，增加有机氟硅、聚氨酯、聚酰胺等材料品种规格，加快发展高端聚烯烃、电子化学品、工业特种气体、高性能橡塑材料、高性能纤维、生物基材料、专用润滑油脂等产品。
地方层面超高分子量聚乙烯纤维行业政策
显示，为了响应国家号召，各省市积极推动超高分子量聚乙烯纤维行业发展，如2021年9月发布的黑龙江省中长期科学
和技术发展规划(2021—2035年）中规划：开展高性能碳纤维、高性能热塑性树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、智能复合材料、低成本复合材料、生物基复合材料等制备技术的研究与应用。
高强高模聚乙烯纤维生产现状与市场前景
模 聚乙烯纤维 ，是继碳纤 维、芳纶之后 的第三代高性能特种
工业用化学 纤维，虽 然数 量上不 能和其他大品种化 纤相 比，
但作用重大 ， 已成为高科技领域 不可缺少 的新 型化 工基础材
料。
良性 能， 不仅 断裂伸 长低 、挠 曲寿 命长 、耐冲击 、低导 电
出机进行连续纺 丝和冻胶成形 ，再 由喷丝孔喷出成丝 。 溶 在 解 的过 程 中，原先 相互缠 绕 呈无序排 列的大 分子 逐渐被 解
份 关于高强 高模聚 乙烯 纤维的专 利，随后在荷 兰 Ｈ ｅ ｌｎ ｅｒ ｅ
Ｃｈ ｎ ｅ ｉ ａ Ｃｈ
啦 ％魏 ％ ｝ ％％ ＃ ％ 蝴
高强高模聚 乙烯纤维生产
现状与市场前景
◆ 汪家铭 （ 化集团有 限责任公 司 ［ １ 成都 ６ ０ ０ ） 川 ］ １ １ １ ３ １
摘 要 ： 高 强高模 聚 乙烯 纤维 与碳 纤维 、芳纶并称 为 当今 世界三 大高科技 纤维， 因其分子量极 高，主链 结合 好 ， 取 向度 、结晶度 高 ，强度 为 当今 所有新型化 纤材料 之最 ，在高级轻质 复合材料 中显示 出极 大的优 势，被广 泛应 用于 国
化工文摘 ２ ０ 年 ６ ０８ 期
Ｃｈ ｅｍｉａ ｓ ｃ ｌ
为原料 ，于 １ Ｏ～１ １ １ ９ ℃将其溶解 于一种特殊 的溶剂 中制成
Ｄ ＳＭ是 荷兰三 大化工 公司之 一，其 于 １ ７ ９年发表第 ９
一
浓度为 ４ ～ ％ 的半稀 溶液， 经真空脱泡 ，平行双 螺杆挤 ％ ５
域 、市场前景 等方 面的一 些情况 ，并对今后 国内高强高模 聚 乙烯纤维产业 的发展提 出 了建议 。
超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维(英文全称：Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber，简称UHMWPEF)，又称高强高模聚乙烯纤维，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。
基本信息中文名超高分子量聚乙烯纤维外文名Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber简称UHMWPE别名高强高模聚乙烯纤维目录简介中国是化纤大国，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已突破关键性生产技术，具备规模化生产条件。
超高分子量聚乙烯纤维在1994年同益中突破关键性生产技术以来，现已经在国内形成多个超高分子量聚乙烯纤维产业化生产基地。
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，而我国在军事方面的应用基本上为零，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。
当前，以国家已经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，国产UHMWPE纤维已经在全世界占用举足轻重的地位。
特殊性能超高分子量聚乙烯纤维(英文全称：Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber，简称UHMWPE)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上最强度和比模量最高的纤维，其特殊性能为：1、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。
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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。
3.1 耐高能辐射性能
超高分子量聚乙烯纤维在受到高能辐射，如电子射线或γ射线的照射时，分子链会发生断裂，纤维强度会降低。
研究表明当吸收剂量达到1 × 102 kJ /kg 时，会对纤维的性能发生显著的影响。
但当吸收剂量高达3 × 106 kJ /kg 时，纤维还可以保持可用的强度。
在正常生产和储存期间无需对日照进行特殊防备。
3.2 耐化学性能
由于聚乙烯结构中不含有任何羟基，芳香环等能够易与接触物质发生反应的基团，而且经过超倍拉伸后，超高分子量聚乙烯纤维具有较为致密规整的内部结构，这些特点使超高分子量聚乙烯纤维非常耐受化学试剂的腐蚀，对于常见的酸碱腐蚀，耐受性明显高于同为高性能纤维的芳香族纤维。
但受制于聚烯烃结构的特点，超高分子量聚乙烯纤维对氧化较为敏感，在强氧化作用下，会很快的失去强力。
但是在正常的空气环境中，纤维能够稳定的存在很多年。
3.3 耐疲劳性
在绳索应用领域，耐疲劳性是一项重要的质量指标。
通常绳索使用的材料为涤纶和锦纶，与它们相比，超高分子量聚乙烯纤维不仅强度高、模量量，还有着良好的抗弯曲疲劳能力，具有长挠曲寿命，这与其低压缩屈服应力有关。
因为聚乙烯的自润滑性，超高分子量聚乙烯纤维制成的绳索也具有很好的耐磨性能
4．高强高膜聚乙烯纤维的主要用途
4.1 绳缆
由于超高分子量聚乙烯纤维高强力，高模量，耐腐蚀，耐磨损，耐光照，柔韧性好，其用于制作绳索是一种非常优秀的材料。
因为其密度为0.98g/cm3，能够漂浮在水上，在水中的自由断裂长度为无限长，因此尤其适用于海洋用绳。
随着我国经济发展水平的提高，高性能船用绳缆必将逐步替代现有普通船缆。
在许多低温应
用领域，如航天降落伞，飞机悬吊重物的绳索，高空气球的吊索等，超高分子量聚乙烯纤维绳缆也是首选。
4. 2 安全防护
超高分子量聚乙烯纤维与树脂复合材料的抗冲击韧性非常好，具有较强的比冲击吸收能量，分别是玻璃纤维复合材料、芳纶及碳纤维的1.8 倍、2.6 倍及3 倍。
因此该种复合材料在防冲击吸能领域具有非常好的应用。
例如用于防弹的避弹衣、头盔、复合装甲等;用于安全生产的防切割手套，护具，防冲击板材等; 用于高危环境下的防冲击护具，如警用防刺服，矿工防砸头盔等。
随着世界热点地区的紧张局势加剧及该纤维生产生产成本下降，民间消费水平的提高，该纤维在防冲击吸能领域有着非常好的发展前景。
4.3 渔业
目前，合成纤维已成为制作渔网的最普遍的材料。
在网线强度相同的条件下，用超高分子量聚乙烯纤维加工成的渔网比普通的纤维要轻至少40%，能够极大的提高捕捞作业的劳动效率，减少渔船能耗。
超高分子量聚乙烯纤维用作深海养殖网箱，可以制作的无限大，良好的机械性能又能够很好的防治食肉鱼对经济鱼类的猎杀，有效地控制养殖成本及风险。
4.4 休闲体育用品
由于超高分子量聚乙烯纤维复合材料比强度比模量高，韧性和损伤容限好，因此制成的运动器械重量轻且结实耐用。
如今，超高分子量聚乙烯纤维被用作网球拍，滑雪板，冲浪板等体育用品的骨架材料，以其优良的性能，赢得了使用者的喜爱。
4.5 其他复合材料的应用
超高分子量聚乙烯纤维作为一种性能优异的材料，很多科研人员希望能够通过界面改性，合理结构与混杂形式的优化等方面，研究开发新一代高性能复合材料，拓展其应
用领域。
一些相对比较成熟的研究成果给超高分子量聚乙烯纤维的应用提供了更多的可能。
4.5.1 航空航天结构材料
由于超高分子量聚乙烯纤维复合材料质轻，高强，耐冲击，适用做于飞机一些非高温部位的金属替代材料，现在飞机翼尖等领域有所使用。
4.5.2 薄壁耐压容器
利用超高分子量聚乙烯纤维高强高模的性质，耐化学腐蚀性能好，以其为原料制作的复合材料制成的高性能薄壁高压容器，能够用于存储较为广泛的气体或液体介质。
它的形状转化效率高达97%，耐压容器性能系数比芳纶制品高45%。
4.5.3 水上结构材料
以超高分子量聚乙烯纤维复合材料制成的船身具有重量轻，使用寿命较长的特点，还可以用它制作潜望镜和海上平台等结构材料，它还被用作制作帆船风帆。
4.5.4 高性能轻质雷达罩
超高分子量聚乙烯纤维的介电常数低，介电损耗值低，电信号失真小，透射系数高，用于雷达罩基材各方面的性能参数均高于现在常用的玻璃纤维，是制作高性能轻质雷达罩的首选材料。
4.5.5 医用高分子材料
超高分子量聚乙烯纤维的生物相容性和耐久性都较好，化学稳定性好，不会引起人体的过敏反应和生物排斥反应。
可以用作医用缝合线及人造器官，例如人造关节，人造韧带，人造肢体等。
5 高强高模聚乙烯纤维的不足
上述介绍了UHMWPE纤维的特点和优良的性能，其也有一些不足之处,如界面粘接性能差、不耐高温等。
在应用UHMWPE纤维之时应尽量用其长处，而对其不足可采取
技术手段，扩大该纤维的应用范围和领域。
5.1 界面粘接强度低
由于UHMWPE纤维表面的惰性和非极性，浸润性差，因此纤维与基体之间的界面粘接强度低，影响了该纤维复合材料的力学性能，尤其是层间剪切、横向拉伸和断裂韧性等性能，限制了它作为结构材料方面的应用。
可以通过纤维表面处理、使用粘结剂等方法改善复合材料的界面强度。
该纤维表面处理方法有化学处理、低温等离子改性、辐射接枝改性、化学氧化法改性等；粘结的使用，无须对纤维进行表面处理就能改善界面状态，提高该纤维复合材料的整体性能。
5.2 蠕变
蠕变是有机纤维普遍存在的问题，UHMWPE纤维的蠕变比一般化纤小，但相比其它高性能纤维却要高，影响了其在复合材料中的应用。
可通过纤维本身改性，来提高纤维抗蠕变的性能，通过溶有光敏剂的超临界二氧化碳辅助渗透预处理后，再经紫外光辐照使超高分子量聚乙烯纤维内部分子链间发生交联，可提高它的抗蠕变性能；可将其与其它抗蠕变性能好的纤维（碳纤维、玻璃纤维等）混杂，可明显提高其抗蠕变的性能。
5.3 耐高温性能差
UHMWPE纤维耐低温性能好，但其玻璃化转变温度低，熔点也低（150℃），影响在高温环境下的使用。
在接近100℃时，耐恒定静拉载荷能力迅速下降，不适用在此温度范围较长时间承受较大载荷的场合。
耐高温性能差是该纤维的固有特性，尽量避免使用在高温的环境下。
若对纤维作长时间的热处理（130℃），在承载较小时能保持它的室温性能；在纤维分子间生存架桥结构，可提高其耐热性能。
5.4 压缩强度低
由于UHWMPE长链分子间的结合力（如范德瓦耳斯力）弱，其纤维复合材料的轴
向压缩强度低，只有拉伸强度的1/6～1/12，影响应用范围。
可将该纤维与高性能纤维（碳纤维、玻璃纤维）进行混杂制成复合材料，提高压缩强度，得到预期的性能高强聚乙烯纤维
6 高聚高膜聚乙烯的发展趋势
UHMWPE 纤维的理论强度约为300cN/dtex,现有的纤维产品的强度只达到理论强度的大约10%。
相对于PBO 纤维达到理论强度的70%, UHMWPE 纤维的强度提升空间较大。
另外, 随着环保要求的提高,生产过程中产生的废液、废气回收利用的重要性也不断提高。
针对UHMWPE 纤维生产过程中的废气、废液的处理,也不断有新工艺被开发出。