新型結(jié)構(gòu)材料1a-超高分子量聚乙烯纖維專論ppt課件

1、相對超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維相對超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維 UHMWPE FIBER UHMWPE FIBER， HSHMPE HSHMPE FIBER FIBER 高強(qiáng)高模高分子纖維的概念高強(qiáng)高模高分子纖維的概念纖維模量的開展歷史纖維模量的開展歷史室溫下幾種資料的楊氏模量室溫下幾種資料的楊氏模量 資料資料 楊氏模量楊氏模量(GPa)橡膠橡膠 0.1無定型熱塑體無定型熱塑體, T Tg2 4半結(jié)晶熱塑體半結(jié)晶熱塑體 0.1 0.3木材木材 (纖維方向纖維方向)15骨骨20鋁鋁70玻璃玻璃70鋼鐵鋼鐵200陶瓷陶瓷500碳纖維碳纖維500 800鉆石鉆石1200- - - - - - -聚乙烯纖維聚乙

2、烯纖維 100 250芳綸纖維芳綸纖維 80 130“M-5纖維纖維 300? 一些高分子纖維的力學(xué)性能一些高分子纖維的力學(xué)性能超高分子量聚乙烯纖維開展超高分子量聚乙烯纖維開展Process for making polymer filaments which have a high tensile strength and a high modulus第一份有關(guān)第一份有關(guān)UHMWPE纖維的專利纖維的專利SMITH P.LEMSTRA P. J.3 3，美國，美國Allied SignalAllied Signal公司搶先購買了該專利運(yùn)用權(quán)，公司搶先購買了該專利運(yùn)用權(quán)，經(jīng)改良于經(jīng)改良于1983

3、1983年獲得制造纖維和纖維加強(qiáng)復(fù)合資料技年獲得制造纖維和纖維加強(qiáng)復(fù)合資料技術(shù)的美國專利，術(shù)的美國專利，19891989年正式商業(yè)化消費(fèi)，商品名為年正式商業(yè)化消費(fèi)，商品名為“Spectra“Spectra, , 當(dāng)時的售價為當(dāng)時的售價為49-6149-61美圓美圓/ /公斤；公斤；4 4，19821982年日本年日本MitsuiMitsui公司，利用自有研發(fā)技術(shù)，開發(fā)公司，利用自有研發(fā)技術(shù)，開發(fā)的增塑紡于的增塑紡于19831983年經(jīng)過歐洲專利評審，年經(jīng)過歐洲專利評審，19851985年在巖國年在巖國(IWAKUNI)(IWAKUNI)工廠內(nèi)完成工廠內(nèi)完成3 3噸噸/ /月中試消費(fèi)線，月中試消

4、費(fèi)線，8888年開場商年開場商業(yè)化消費(fèi)，商品名為業(yè)化消費(fèi)，商品名為“Tekmilon“Tekmilon，當(dāng)時的售價為，當(dāng)時的售價為8000 100008000 10000日元日元/ /公斤公斤 ； 一超高分子量聚乙烯原料的構(gòu)造性能一超高分子量聚乙烯原料的構(gòu)造性能幾種高分子的玻璃化溫度幾種高分子的玻璃化溫度Tg超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的構(gòu)造性能超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的構(gòu)造性能 分子鏈的極限強(qiáng)度可由分子鏈上分子鏈的極限強(qiáng)度可由分子鏈上CC原子之間的共價鍵的原子之間的共價鍵的強(qiáng)度強(qiáng)度(0.61N)和分子截面積計算得到：和分子截面積計算得到：分子鏈極限強(qiáng)度分子鏈極限強(qiáng)度(GPa) 5.98/ 密度密度(

5、g/cm3)分子鏈截面積分子鏈截面積(nm2) 要使柔性鏈高聚物纖維到達(dá)高性能化要使柔性鏈高聚物纖維到達(dá)高性能化必需思索如下四個方面必需思索如下四個方面:( (二二) ) 凍膠紡絲原理凍膠紡絲原理 (三三) 制造聚乙烯纖維的方法制造聚乙烯纖維的方法 高壓固態(tài)擠出法高壓固態(tài)擠出法 增塑熔融紡絲法增塑熔融紡絲法 外表結(jié)晶生長法外表結(jié)晶生長法 區(qū)域高倍拉伸法區(qū)域高倍拉伸法 凝膠紡絲凝膠紡絲熱拉伸法熱拉伸法凍膠紡絲的加工技術(shù)及原理凍膠紡絲的加工技術(shù)及原理1技術(shù)道路和工藝流程技術(shù)道路和工藝流程實驗室紡絲表示圖實驗室紡絲表示圖技技 術(shù)術(shù) 路路 線溶解紡絲工段線溶解紡絲工段超高分子量聚超高分子量聚乙烯粉末乙

6、烯粉末 溶 劑溶解釜初溶解釜初溶解溶解 有 關(guān) 助 劑雙螺桿擠出雙螺桿擠出機(jī)溶解混和機(jī)溶解混和過濾器過濾器紡絲箱體紡絲箱體凝固浴凝固浴盛絲桶盛絲桶包括計量泵及包括計量泵及紡絲組件紡絲組件構(gòu)成凍膠絲構(gòu)成凍膠絲技術(shù)道路萃取拉伸工段技術(shù)道路萃取拉伸工段絲條集束絲條集束張力架張力架預(yù)拉伸浴預(yù)拉伸浴萃取浴萃取浴多級多段拉伸多級多段拉伸卷繞廢品絲卷繞廢品絲技技 術(shù)術(shù) 路路 線回線回 收收 工工 段段凝固浴凝固浴盛絲桶中回盛絲桶中回收液收液萃取液萃取液儲存桶儲存桶精餾塔及精餾塔及有關(guān)冷凝有關(guān)冷凝安裝安裝萃取劑萃取劑溶溶 劑劑水水 份份2加工原理加工原理分子鏈內(nèi)部纏結(jié)等多層次的復(fù)雜形分子鏈內(nèi)部纏結(jié)等多層次的復(fù)

7、雜形狀構(gòu)造轉(zhuǎn)變成解纏大分子鏈狀構(gòu)造轉(zhuǎn)變成解纏大分子鏈,這種這種凍膠溶液具有良好的流動性和可紡凍膠溶液具有良好的流動性和可紡性。性。4凍膠原絲的萃取凍膠原絲的萃取 用低沸點物換出第一溶劑用低沸點物換出第一溶劑5經(jīng)萃取凍膠絲的熱處置經(jīng)萃取凍膠絲的熱處置要提高纖維的強(qiáng)度和模量，必需提高拉伸比，要提高纖維的強(qiáng)度和模量，必需提高拉伸比，影響最大拉伸倍數(shù)的要素主要有：影響最大拉伸倍數(shù)的要素主要有：喂入速度與熱拉伸板長度和拉伸工藝參數(shù)的關(guān)系喂入速度與熱拉伸板長度和拉伸工藝參數(shù)的關(guān)系(a)：100km斷絲斷絲1次以下，：為次以下，：為100km斷絲斷絲5次以次以下下 四四UHMW-PE 纖維的加工纖維的加工U

8、HMW-PE 纖維的加工纖維的加工UHMWPE纖維加強(qiáng)復(fù)合資料的防彈性能纖維加強(qiáng)復(fù)合資料的防彈性能優(yōu)于由玻璃纖維和碳纖維加強(qiáng)的復(fù)合資料產(chǎn)品。優(yōu)于由玻璃纖維和碳纖維加強(qiáng)的復(fù)合資料產(chǎn)品。 五超高分子量聚乙烯纖維的性能五超高分子量聚乙烯纖維的性能良好的力學(xué)性能良好的力學(xué)性能 耐疲勞性、耐磨損性耐疲勞性、耐磨損性 良好的耐沖擊性良好的耐沖擊性 高速沖擊時幾種纖維的沖擊高速沖擊時幾種纖維的沖擊強(qiáng)度強(qiáng)度幾種高分子的玻璃化溫度幾種高分子的玻璃化溫度Tg 優(yōu)良的耐光性優(yōu)良的耐光性 纖維的耐光性 優(yōu)良的耐化學(xué)品性能優(yōu)良的耐化學(xué)品性能 UHMWPE纖維和芳綸纖維纖維和芳綸纖維耐各種化學(xué)試劑和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿才干的比較耐

9、各種化學(xué)試劑和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿才干的比較 熱熱 性性 能能 其 它六超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維及制品的運(yùn)用六超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維及制品的運(yùn)用 2.3.2 主要產(chǎn)品及運(yùn)用主要產(chǎn)品及運(yùn)用 高強(qiáng)纖維和板材高強(qiáng)纖維和板材Spectra fiber 900 的物理性能的物理性能 Spectra Fiber 1000的物理性能的物理性能強(qiáng)度比強(qiáng)度比 900高高1520 Spectra Fiber 2000的物理性能的物理性能Spectra Fiber 2000是是Spectra纖維系列中最新的種類，它的開發(fā)為裝甲車、纖維系列中最新的種類，它的開發(fā)為裝甲車、航空宇宙和高性能要求的運(yùn)動物品提供特級、超強(qiáng)和超低分量的纖

10、維。航空宇宙和高性能要求的運(yùn)動物品提供特級、超強(qiáng)和超低分量的纖維。運(yùn)用：柔軟且超輕分子量的警用和軍用防彈背心；運(yùn)用：柔軟且超輕分子量的警用和軍用防彈背心；航空特殊用途，包括雷達(dá)屏蔽；特級漁線和風(fēng)箏線。航空特殊用途，包括雷達(dá)屏蔽；特級漁線和風(fēng)箏線。Honeywell第二代軟質(zhì)盔甲方面的運(yùn)第二代軟質(zhì)盔甲方面的運(yùn)用，是把已懇求專利的用，是把已懇求專利的Spectra纖維纖維同同Shield技術(shù)結(jié)合消費(fèi)出來的。它比技術(shù)結(jié)合消費(fèi)出來的。它比Spectra Shield LCR纖維要輕纖維要輕25，Spectra Shield Plus LCR是一種由兩是一種由兩層相互交叉層相互交叉0/90定向的定向的Spectra聚乙烯長鏈纖維和中間夾層熱塑性膜聚乙烯長鏈纖維和中間夾層熱塑性膜組成的。組成的。運(yùn)用：軍用軟質(zhì)防彈盔甲。運(yùn)用：軍用軟質(zhì)防彈盔甲。產(chǎn)品特性：質(zhì)輕、柔軟的防彈性能可產(chǎn)品特性：質(zhì)輕、柔軟的防彈性能可以抵抗多方面的沖擊；對潮濕及化學(xué)以抵抗多方面