超高分子量聚乙烯纖維的教案.doc

超高分子量聚乙烯纖維的教案 教學(xué)目的 和要求 了解超高分子量聚乙烯纖維發(fā)展歷史；掌握超高分子量聚合物的凝膠紡絲機(jī)理及超高分 子量聚乙烯纖維的制備方法；掌握超高分子量聚乙烯纖維的結(jié)構(gòu)與性能。 教學(xué)的重 點(diǎn)和難點(diǎn) 超高分子量聚乙烯的凝膠紡絲機(jī)理及超高分子量聚乙烯纖維的制備方法 教學(xué)手段說 明 多媒體手段上課 參考資料高科技纖維概論，第十二章，p377396 布置作業(yè)掌握本課內(nèi)容；預(yù)習(xí)下節(jié)課討論內(nèi)容：超高分子量聚乙烯纖維的改性及應(yīng)用。 備注 教學(xué)過程： 第一節(jié)超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展歷史 關(guān)于高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的基礎(chǔ)理論，早在30年代就有人提出過，然而真正制得超高分子量聚乙烯纖 維，在技術(shù)上取得重大突破的是凝膠紡絲法和增塑紡絲法。荷蘭DSM公司對所有這些有工業(yè)化實(shí)用價(jià)值 的方法進(jìn)行了系列探討，于1975年開始投入研發(fā)，Pennings教授的界面結(jié)晶生長法和P.Smith,Lemstra的 凝膠法予以充分的支持，1979年申請了第一份關(guān)于凝膠紡絲法(Gelspinning)制備超高分子量聚乙烯纖維 的專利，1980年獲得公開，1981年授權(quán)。經(jīng)過十年的努力研究，證實(shí)凝膠紡絲法是制造高強(qiáng)力聚乙烯的有 效方法，具有工業(yè)化前途。高強(qiáng)力聚乙烯纖維具有優(yōu)異的性能和廣泛的用途，由于其原材料取得容易，生 產(chǎn)成本低廉，立即引起世界工業(yè)強(qiáng)國的注意。 這種纖維的商品化生產(chǎn)始于1990年，由DSM的黑爾倫（Heerlen）工廠首先生產(chǎn)出第一批產(chǎn)品，商品 名“迪尼瑪”（Dyneema）。工廠的能耗相對較低，生產(chǎn)過程不使用有害化學(xué)物質(zhì)，產(chǎn)品具有可回收性， 因此符合時代對環(huán)境保護(hù)的要求，引起了許多公司的極大興趣。在遠(yuǎn)東，東洋紡首先與DSM公司簽署了 在日本合作生產(chǎn)該纖維的協(xié)議；在美國，聯(lián)合信號公司獲得了DSM的專利使用權(quán)，并將DSM的十氫萘溶 劑改為自創(chuàng)的礦物油溶劑，開發(fā)了自己的專利，商品名“斯貝克特拉”（Spectra）。1983年日本三井石化 公司采用凝膠擠壓超拉伸法生產(chǎn)的UHMWPE纖維，所用溶劑為石蠟，聚合物濃度高達(dá)20%40%，但殘余石 蠟不易除凈，纖維蠕變相對較大，近年來有一定改進(jìn)，商品名“泰克米綸”（Tekmilon）。 其它正在研究開發(fā)的制法還有： 纖維狀結(jié)晶生長法； 單結(jié)晶超拉伸法； 處理聚合物的超拉伸法； 局部交聯(lián)拉伸法等。 除外其余皆使用UHMWPE(M )，但目前已工業(yè)化的全采用凝膠紡絲超拉伸工藝。我國也 采用不同溶劑體系的類似工藝技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了中試試生產(chǎn)。 第二節(jié)超高分子量聚乙烯纖維的制備 UHMWPE纖維是選用高相對分子質(zhì)量聚乙烯為原料來制備的。PE纖維為完全柔性鏈纖維，遵從纖維高 強(qiáng)化原理，人們研究出許多制備超高分子質(zhì)量聚乙烯的方法。1970年代以來，國際上先后出現(xiàn)了高壓固態(tài) 擠出法、增塑熔融紡絲法、表面結(jié)晶生長法、超拉伸或局部超拉伸法、凝膠紡絲熱拉伸法等幾種UHMWPE 纖維的制備技術(shù)。其中凝膠紡絲熱拉伸法已成為相對成熟的工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)。 高壓固態(tài)擠出法 將一定相對分子質(zhì)量的聚乙烯置于擠出裝置內(nèi)加熱熔融，并以每平方厘米幾千公斤的壓力將聚乙烯熔 體從錐形噴孔擠出，隨即進(jìn)行高倍拉伸，在高剪切力和拉伸張力的作用下，使UHMWPE大分子鏈充分伸展， 以此來提高纖維的強(qiáng)度