超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维的结构与性能
超高分子量聚乙烯纤维的结构与性能何正洋;潘志娟【摘要】超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是上世纪80年代开发出的一种新型高性能纤维.与其它纤维相比,UHMWPE纤维具有密度小、强度高、模量高、耐切割、耐腐蚀、耐化学药剂等特点,被广泛应用在绳索、防弹衣、航空航天等领域.本文测定与分析了不同规格UHMWPE纤维的结构与性能,结果表明:UHMWPE纤维的结晶度较高,在60％以上;在145℃会发生熔融,当温度到达500℃时,纤维会完全分解;单纤维的断裂伸长率在5％左右,断裂强度可达30 cN/dtex,初始模量可达800 cN/dtex;纤维在受到恒定外力作用时,很容易发生变形,抗蠕变性能比较差.【期刊名称】《现代丝绸科学与技术》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】3页(P5-7)【关键词】UHMWPE纤维;结晶度;热学性能;拉伸性能;蠕变性能【作者】何正洋;潘志娟【作者单位】苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215123;苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215123;现代丝绸国家工程实验室(苏州),江苏苏州215123【正文语种】中文随着科学技术的发展，各种高性能纤维不断出现在我们的日常生产生活中。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是上世纪80年代开发出的一种新型高性能纤维[1]，其综合性能优异，具有密度小、强度高、模量高、耐切割、耐腐蚀、耐化学药剂等特点[2]，从而在众多高性能纤维中脱颖而出，被广泛应用在绳索、防弹衣、航空航天等领域[3]。
目前，工业上多采用凝胶纺丝超倍拉伸技术制备UHMWPE纤维，制备UHMWPE纤维的原料分子量一般在100万以上。
UHMWPE纤维的分子链以聚乙烯为基本结构，聚乙烯分子属于非极性分子，无极性基团，从而导致其与所接触的物质不容易发生化学反应，纤维具有很好的耐腐蚀、耐化学性能；同时经过超倍拉伸后，纤维内部结构变得较为致密规整，因此UHMWPE纤维的结晶度都比较高，纤维具有很好的耐高能辐射性能[4]。
超强聚乙烯纤维耐高温吗
超强聚乙烯纤维耐高温吗聚乙烯纤维是一种具有优异性能的工程材料，常用于制造防弹衣、绳索、飞机零件等领域。
然而，人们普遍关心的一个问题是，聚乙烯纤维是否具有耐高温性能，特别是在一些高温工作环境下是否稳定可靠。
本文将探讨超强聚乙烯纤维的耐高温性能。
首先，需要了解的是，聚乙烯纤维是一种热塑性塑料纤维，具有较高的熔点。
常见的聚乙烯纤维如高分子量聚乙烯纤维（HMPE）以及超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）等，在正常情况下可以承受一定温度范围内的热量。
然而，在极端高温环境下，聚乙烯纤维的性能可能会受到一定程度的影响。
对于普通聚乙烯纤维而言，其熔点约在130-140摄氏度之间。
在这一温度范围内，聚乙烯纤维可以保持较好的结构稳定性，不易软化变形。
但是，当超过这一温度范围时，聚乙烯纤维可能出现熔化的情况，导致其失去原有的力学性能。
相比之下，超强聚乙烯纤维，如UHMWPE，具有更高的熔点和更好的耐热性能。
这种类型的聚乙烯纤维通常具有较高的熔点，可在较高温度下保持较好的性能。
一般来说，UHMWPE的熔点可以达到约150摄氏度以上，有些甚至可以达到170摄氏度左右。
因此，相较于普通聚乙烯纤维，超强聚乙烯纤维在高温环境下表现更为出色。
总的来说，超强聚乙烯纤维相对于普通聚乙烯纤维具有更好的耐高温性能。
在一般工程应用场景中，超强聚乙烯纤维可以承受较高温度的环境，保持良好的稳定性和性能。
然而，在极端高温环境下，仍需要谨慎使用，以避免超出其耐温范围，导致性能下降甚至熔化的风险。
因此，在实际工程设计和应用中，应根据具体情况选择合适的聚乙烯纤维材料，并在温度环境可控的范围内进行使用，以确保其性能和稳定性。
超强聚乙烯纤维作为一种优秀的工程材料，其耐高温性能可以满足大多数应用场景的需求，在工程实践中具有广泛的应用前景。
UPE性能说明
UPE性能说明超高分子量聚乙烯纤维(英文全称: Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber, 简称UHMWPE)超高分子量聚乙烯英文名ultra-high molecular weight polyethylene(简称UHMWPE)，是分子量100万-400万的聚乙烯。
UHMWPE特点为：极好的耐磨性，良好的耐低温冲击性、自润滑性、无毒、耐水、耐化学药品性，耐热性优于一般PE，缺点是耐热性（热变形温度）低、加工成型性差，外表面硬度，刚性，耐蠕变性不如一般工程塑料，膨胀系数偏大。
UHMWPE流动性差，熔融状态下粘度极高，是呈橡胶状的高粘弹性体，早期仅能用压制和烧结方法成型，目前也可用挤出、注塑和吹塑方法加工。
UHMWPE可以代替碳钢、不锈钢、青铜等材料用于纺织、造纸、食品机械、运输、医疗、煤矿、化工等部门 。
如纺织工业上技梭器、打梭棒、齿轮、联结 、扫花杆、缓冲块、偏心块、杆轴套、摆动后果等耐冲击磨损零件。
造纸工业上做箱盖板、刮水板、压密部件、接头、传动机械的密封轴杆、偏导轮、刮刀、过滤器等；运输工业上做粉状材料的料斗、料仓、滑槽的衬里。
UHMWPE可做各种机械的零部件，包括食品机械的齿轮、蜗轮、蜗杆、轴承。
化工中做泵、阀门、档板、滤板。
医疗上，还可用于心脏瓣膜、短形外科零件，人工关节及节育植入体。
体育上做滑冰地板、滚地球道、滑雪板、机动雪橇零件。
UHMWPE可以做高模量纤维，制造防弹衣、飞机座椅、海运、渔业用绳索等。
机械性能高于一般的高密度聚乙烯。
具有突出的抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性，卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性、噪音阻尼性、耐核辐射性等。
使用温度100～110℃。
耐寒性好，可在-269℃下使用。
密度0.935g/cm3，分子量200万的产品，其断裂拉伸强度40MPa，断裂伸长率350％，弯曲弹性模量600MPa，悬臂梁缺口冲击冲不断。
纺织吊索 一般用途超高分子量聚乙烯(HMPE)纤维吊索-最新国标
纺织吊索一般用途超高分子量聚乙烯(HMPE)纤维吊索1范围本文件规定了超高分子量聚乙烯纤维吊索（以下简称吊索）的术语和定义、分类、要求、检验方法、检验规则、标志、包装、运输和存储。
本文件适用于一般用途吊装作业用纤维吊索，绳索直径φ6mm～φ136mm，无极缠绕形成的环形吊索直径可扩大到φ300mm。
符合本文件相关要求的其它合成纤维材料吊索也可根据情况参照执行。
本文件不适用于载人及吊装具有潜在危险的材料，如熔融金属、酸、玻璃板、核裂变材料、核反应推，也不适用于特殊吊装作业。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T8834纤维绳索有关物理和机械性能的测定（GB/T8834-2016，ISO2307:2005,IDT）GB/T16825.1静力单轴试验机的检验第1部分；拉力和(或)压力试验机测力系统的检验与校准（GB/T16825.1-2022,ISO7500-1:2018,IDT）GB/T21328纤维绳索通用要求(GB/T21328-2024,ISO9554:2019,IDT)GB/T23723.1起重机安全使用第1部分：总则(GB/T23723.1-2009,ISO12480-1:1997,IDT) GB/T30668超高分子量聚乙烯纤维8股、12股编绳和复编绳索(GB/T30668-2014,ISO10325:2009,NEQ)GB/T40273纤维绳索术语(GB/T40273-2021，ISO1968:2004,MOD)ISO12100设备安全-一般设计原理-风险评估和风险降低(Safety of machinery----General principles for design----Risk assessment and risk reduction)3术语和定义GB/T40273界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
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。
超高分子量聚乙烯凝胶纺丝法
超高分子量聚乙烯凝胶纺丝法
超高分子量聚乙烯凝胶纺丝法是一种将超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料通过凝胶纺丝技术制成纤维的方法。
具体操作如下：
1. 制备UHMWPE凝胶溶液：将UHMWPE材料切成小颗粒，加入适量有机溶剂（如石油醚、环己烷等），在高温高压下进行反应，形成凝胶溶液。
2. 凝胶纺丝：将凝胶溶液注入纺丝机，通过喷嘴将溶液挤出，形成纤维。
过程中需要控制纤维的拉伸速度、温度、压力等参数，使其形成均匀细长的纤维。
3. 固化处理：将纤维放入压板中，在高温高压下进行固化处理，使纤维具有更好的强度和耐磨性。
4. 喷涂处理：将固化后的纤维喷涂上润滑剂、阻燃剂等添加剂，提高其全面性能。
超高分子量聚乙烯凝胶纺丝法制备的UHMWPE纤维具有极高的强度、韧性和耐磨性，被广泛应用于船舶、车辆、建筑、医疗器械等领域。
高分子量聚乙烯纤维极限氧指数
高分子量聚乙烯纤维极限氧指数
高分子量聚乙烯纤维，特别是超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维，在所有高强高模纤维中具有最小的密度，且其强度、模量、比强度、比模量等性能优越。
然而，这种纤维的阻燃性较差，极限氧指数通常只有17%至17.5%。
这意味着它在燃烧过程中所需的氧气浓度相对较低，因此更容易燃烧。
此外，UHMWPE纤维在燃烧过程中会产生大量的热量和烟雾，并可能产生有毒气体和熔滴现象，从而引发二次灾害。
这些特性大大限制了UHMWPE纤维在某些需要良好阻燃性能的应用领域中的使用。
超高分子量聚乙烯纤维生产工艺
超高分子量聚乙烯纤维生产工艺The production process of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers is a complex and intricate procedure that involves several key steps to ensure the quality and performance of the final product. UHMWPE fibers are known for their exceptional strength, durability, and resistance to abrasion, making them ideal for a wide range of applications, including ballistic protection, ropes and nets, and medical devices. The manufacturing process of UHMWPE fibers requires careful attention to detail and precision to achieve the desired properties and performance characteristics.One of the first steps in the production of UHMWPE fibers is the polymerization of ethylene monomer to form long chains of polyethylene molecules with extremely high molecular weights. This process typically involves the use of a catalyst and high-pressure conditions to promote the growth of the polymer chains. The resulting UHMWPE resin is then extruded into a gel-like form, which is subsequentlystretched and oriented to align the polymer chains in the desired direction. This stretching process is crucial for enhancing the strength and toughness of the fibers, as it helps to eliminate any entanglements or defects in the molecular structure.After the initial stretching and orientation, the UHMWPE fibers undergo a process known as gel spinning,which involves spinning the gel-like material into fine, continuous filaments. This step is critical for producing fibers with high tensile strength and modulus, as it helpsto further align the polymer chains and remove anyremaining imperfections in the molecular structure. Thespun fibers are then subjected to heat treatment to improve their crystallinity and enhance their mechanical properties. This heat treatment process, also known as annealing, helps to increase the degree of crystallinity in the fibers,which in turn improves their tensile strength, stiffness, and resistance to creep and fatigue.In addition to the primary manufacturing steps, the production of UHMWPE fibers also requires careful controland monitoring of various process parameters, such as temperature, pressure, and stretching conditions. These parameters play a crucial role in determining the final properties and performance characteristics of the fibers, and any deviations or inconsistencies in the process can result in inferior product quality. Therefore, it is essential for manufacturers to implement strict quality control measures and process optimization techniques to ensure the uniformity and consistency of the UHMWPE fibers.Furthermore, the production of UHMWPE fibers also involves the use of advanced equipment and machinery, such as extruders, spin-drawing machines, and heat treatment ovens, which require regular maintenance and calibration to ensure their proper functioning. Any malfunctions or deviations in the equipment can have a significant impact on the quality and performance of the fibers, making it essential for manufacturers to invest in state-of-the-art technology and equipment to support their production processes.Overall, the production of UHMWPE fibers is a highlysophisticated and intricate process that requires careful attention to detail, precision, and control of various parameters to achieve the desired properties and performance characteristics. By implementing advanced manufacturing techniques, strict quality control measures, and state-of-the-art equipment, manufacturers can ensure the production of high-quality UHMWPE fibers that meet the stringent requirements of various industrial and commercial applications.。