超高強聚乙烯纖維熔點低，耐衝擊性能好。因此在防彈防刺產品上套用廣泛。常與其他高性能纖維製作複合材料。
基本介紹
- 中文名：超高強聚乙烯纖維
- 密度：0.97～0.98g/cm3
- 強度：2.8～4N/tex
- 模量：91～140N/tex
結構性能,物理性能,
結構性能
超高分子量聚乙烯突出的特性是與其極高的分子量分不開的。一般說來，只有平均分子量大於170萬的超高分子量聚乙烯樹脂，才具有常規分子聚乙烯所不具備、其它工程塑膠無法比擬的優良性能。因此，人們通常把平均分子量超過170萬的聚乙烯稱之為超高分子量聚乙烯。還沒有單純的高分子材料具有如此多的優良性能。
物理性能
密度：0.97～0.98g/cm3；
強度：2.8～4N/tex；
模量：91～140N/tex；
延伸度：3.5%～3.7%；
1.2 衝擊吸收能
比對位芳醯胺纖維高近一倍，耐磨性好，摩擦係數小，但應力下熔點只有145～160℃。
1.3 特殊性能
1、高比強度，高比模量。 比強度是同等截面鋼絲的十多倍， 比模量僅次於特級碳纖維。
2、纖維密度低，密度是0.97g/cm3，可浮於水面。
3、斷裂伸長低，斷裂功大，具有很強的吸收能量的能力，因而具有突出的抗衝擊性和抗切割性。
4、抗紫外線輻射，防中子和γ射線，比能量吸收高、介電常數低、電磁波透射率高。
5、耐化學腐蝕、耐磨性、有較長的撓曲壽命。
1.4 缺點
主要有3個：(1)不耐高溫。因為PE的熔點只有150℃左右，所以不適宜在高溫下使用；(2)纖維的抗蠕變能力較差，在持續受力作用下易發生形變，不適宜在持續受力的情況下使用；(3)因為結構具有化學惰性，表面極性較低，與其它材料的粘合性能較差,用於複合材料製造難度較大。
2. 生產製備
UHMWPE纖維的生產採用凝膠紡絲(又稱凍膠紡絲)方法進行。現有的生產工藝可以分為兩大類，一類以DSM和東洋紡為代表的乾法紡絲法,另一類以Honeywell為代表的濕法紡絲法。
兩者的主要區別是採用了不同的溶劑和後續工藝。DSM工藝採用十氫萘溶劑。十氫萘易揮發，可以採用乾法紡絲，省去了其後的萃取工段；Honeywell採用石蠟油溶劑，需要後續的萃取工段，用第二溶劑(萃取劑)將第一溶劑萃取出來。Honeywell等公司採用的石蠟油(paraffin oil)，又稱礦物油(mineral oil)或者白油(white oil)。一般為沸點高於350℃的烴類混合物。國內現有的生產廠家大多數都採用石蠟油為溶劑的濕法紡絲工藝。國內外使用較多的萃取劑有氟氯烴(例如三氯三氟乙烷)、溶劑汽油、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷等。氟氯烴低毒、不燃、萃取效率高，但是其使用受到保護臭氧層等國際公約的限制。尋找高效、低毒、安全的萃取劑一直是UHMWPE纖維生產工藝開發的重要內容。
UHMW-PE雖然具有很多優良的特性，但也多不足：由於其分子鏈很長，極易發生鏈纏結融時，熔體粘度高達108Pa·s；且臨界剪下速低,易發生熔體破裂,給成型加工帶來困難；另還有表面硬度低、抗磨粒磨損能力差和熱變形低等缺限。為了使它能在條件要求高的某些場到套用，需對UHMW-PE性能進行適當改性。改性的目的是：在不影響UHMW-PE性能的基礎上，提熔體流動性，或針對UHMW-PE自身性能的缺點複合改性（如改進熔體流動性、耐熱性、抗靜電阻燃性及表面硬度等）。
通過化學、物理等方法改性生產出的超高分子量聚乙烯纖維，具有了更多的特性，在實際生產和套用中發揮著巨大的作用，也是科學工作者們研究的重點方向。
3. 套用
由於超高分子量聚乙烯纖維具有眾多的優異特性， 它在高性能纖維市場上，包括在海上油田的系泊繩、高性能輕質複合材料等方面均顯示出極大的優勢，在現代化戰爭和航空、航天、海域防禦裝備等領域發揮著舉足輕重的作用。
國防軍需裝備方面：由於該纖維的耐衝擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以製成防護衣料、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、飛彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌等，其中以防彈衣的套用最為引人注目。它具有輕柔的優點，防彈效果優於芳綸，現已成為占領美國防彈背心市場的主要纖維。另外 超高分子量聚乙烯纖維複合材料的比彈擊載荷值是鋼10倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍多。國外用該纖維增強的樹脂複合材料製成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強的複合材料頭盔的替代品。
航空航天方面的套用：在航天工程中，由於該複合材料輕質高強和抗衝擊性能好，適用於各種飛機的翼尖結構、飛船結構和浮標飛機等。而且也可以用作太空梭著陸的減速降落傘和飛機上懸吊重物的繩索，取代了傳統的鋼纜繩和合成纖維繩索，其發展速度異常迅速。
民用方面：
(1)繩索、纜繩方面的套用：用該纖維製成的繩索、纜繩、船帆和漁具適用於海洋工程，是該纖維的最初用途。普遍用於負力繩索、重載繩索、救撈繩、拖拽繩、帆船索和釣魚線等。該纖維製成的繩索，在自重下的斷裂長度是鋼繩的8倍，是芳綸的2倍。該繩索用於超級油輪、海洋操作平台、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的鏽蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強度降低和斷裂，需經常進行更換的問題。
(2)體育器材用品：在體育用品上已經製成安全帽、滑雪板、帆輪板、釣竿、球拍及腳踏車、滑翔板、超輕飛機零部件等，其性能較傳統材料好。
(3)用作生物材料：該纖維增強複合材料用於牙托材料、醫用移植物和整形縫合等方面，它的生物相容性和耐久性都較好，並具有高的穩定性，不會引起過敏，已作臨床套用。
(4)工業上，該纖維及其複合材料可用作耐壓容器、傳送帶、過濾材料、汽車緩衝板等；建築方面可以用作牆體、隔板結構等，用它作為增強水泥複合材料可以改善水泥的韌度，提高其抗衝擊性能。
4. 市場前景
我國新材料複合化應，通過實現材料與結構一體化,結構與功能一體化,來滿足市場對新材料輕質、高性能化和多功能化等方面的要求。新材料是21世紀重點發展的產業,複合化是新材料技術發展的重要趨勢,先進的複合材料更成為新材料發展的重要方向。近幾年來,全球新材料產業以20%左右的速度快速發展,市場發展趨勢十分看好。不可否認超高分子量聚乙烯纖維就是這其中的代表。
超高分子量聚乙烯纖維作為屬世界範圍內的稀缺物資， 世界年需求量約5萬噸，其中美國占70%。但全世界產量不足9000噸，缺口很大。據專家預測，未來10年內每年超高分子量聚乙烯纖維的市場年需求量將10萬噸以上，市場潛力巨大，前景廣闊。
