超高分子量聚乙烯

1、超高分子量聚乙烯組員：倪佳佳、季佳偉單體超高分子量聚乙烯的單體是乙烯，CH2=CH2，無(wú)色無(wú)味可燃?xì)怏w聚乙烯概述聚乙烯分類 聚乙烯是由乙烯基單體自由基聚合而成的聚合物，分子的機(jī)構(gòu)單元為(CH2-CH2)n 聚乙烯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、聚乙烯為線性聚合物，-C-C-鏈為柔性長(zhǎng)鏈，熱塑性聚合物;2、分子對(duì)稱，無(wú)極性基團(tuán)存在，分子間作用力較小3、聚乙烯分子鏈呈平面鋸齒形，鍵角109.3度聚乙烯概述聚乙烯按照密度可分為：1低密度聚乙烯：LDPE,高壓法合成，催化劑ROOR2高密度聚乙烯：HDPE,中壓或低壓法合成，催化劑Cr系或Ziegler3線性低密度聚乙烯:LLOPE,Z-N型或Ti系高效催化劑4超高分子

2、量聚乙烯：UHMWEPE,Ti系高效催化劑概述20世紀(jì)30年代，Staudinger教授提出了高強(qiáng)高模高分子必須具備的結(jié)構(gòu)模型，指出其大分子必須完美擇優(yōu)向和結(jié)晶1936年，Boer在Faraday學(xué)會(huì)研討會(huì)上，提出如果由主價(jià)鍵計(jì)算完美取向和結(jié)晶高分子材料的話，主鏈方向楊氏模量可達(dá)11000kg/cm2,而由范德華力控制的話只有450kg/cm2。這種模型在剛性分子和非常柔性的分子條件下實(shí)現(xiàn)超高分子量聚乙烯概述超高分子量聚乙烯 分子量為80萬(wàn)-500萬(wàn)的聚乙烯稱為超高分子量聚乙烯，分子量是超高分子量纖維力學(xué)性能的基礎(chǔ)，分子量越高，端基濃度越小，增加了大分子鏈的相互作用力，受外力時(shí)大分子鏈間的纏結(jié)

3、點(diǎn)與吸引點(diǎn)相互作用，大道分散作用力的目的。 分子量不同賦予聚乙烯不同的性能，分子量越高，拉伸強(qiáng)度、表面硬度、耐磨性、耐蠕變、耐老化和耐溶劑性提高，斷裂伸長(zhǎng)率降低。 密度：0.970.98g/cm3。比水的密度低，可以漂浮在水上。 強(qiáng)度：2.84N/tex。 模量：91140N/tex。 延伸度：3.53.7。 沖擊吸收能比對(duì)位芳酰胺纖維高近一倍,耐磨性好，摩擦系數(shù)小，應(yīng)力下熔點(diǎn)只有145160。 物理性能 但是,超高分子量聚乙烯纖維的缺點(diǎn)是使用溫度不高,耐氧化性能差,抗蠕變性能差,表面加工困難。 高比強(qiáng)度，高比模量。 比強(qiáng)度是同等截面鋼 絲的十多倍,比模量?jī)H次于特級(jí)碳纖維。 密度低，密度是0.

4、97g/cm 3 ，可浮于水面。 斷裂伸長(zhǎng)低、斷裂功大，具有很強(qiáng)的吸收能量的能力，因而具有突出的抗沖擊性和抗切割性。 抗紫外線輻射，防中子和射線，比能量吸收高、介電常數(shù)低、電磁波透射率高。 耐化學(xué)腐蝕、耐磨性、有較長(zhǎng)的撓曲壽命。超高分子量聚乙烯的性能超高分子量聚乙烯的發(fā)展超高分子量聚乙烯其發(fā)展十分迅速，80年代以前，世界平均年增長(zhǎng)率為8.5%，進(jìn)入80年代以后，增長(zhǎng)率高達(dá)15%20%。而我國(guó)的平均年增長(zhǎng)率在30%以上。1978年世界消耗量為12，00012，500噸，而到1990年世界需求量約5萬(wàn)噸，其中美國(guó)占70%。2007-2009年中國(guó)逐步成為世界工程塑料工廠，超分子量聚乙烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展更是

5、十分迅速， 1.溶解UHMWPE于適當(dāng)?shù)娜軇┲校瞥砂胂∪芤海?.經(jīng)噴絲孔擠出，以空氣或水驟冷紡絲溶液，將其凝固成凍膠原絲，形成折疊鏈片晶；3.通過(guò)萃取、超倍熱拉伸大分子鏈充分取向和高度結(jié)晶，折疊鏈的大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨溄Y(jié)構(gòu)。凍膠紡絲法超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)原理1.將UHMWPE溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲行纬砂胂∪芤海瑴p小分子鏈之間的纏結(jié)； 2.噴絲孔擠出后在空氣或水中冷卻凝固成凝膠原絲。保存大分子的解纏狀態(tài)；3.通過(guò)超倍熱延伸凝膠原絲大分子鏈充分取向和高度結(jié)晶。凝膠紡絲法 除此之外，UHMWPE纖維的紡絲方法還有高壓固態(tài)擠出法、增塑熔融紡絲法、表面結(jié)晶生長(zhǎng)法。凍膠紡絲-超拉伸技術(shù)制備高強(qiáng)度、高模量聚

6、乙烯纖維是70年代末出現(xiàn)的一種新穎紡絲方法，是目前UHMWPE纖維唯一可產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的紡絲方法。 超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)原理加熱牽伸 5.多級(jí)牽伸改變分子排列狀態(tài)原料溶解 1.十氫萘、石蠟油、煤油可作為溶劑噴絲板3.實(shí)現(xiàn)計(jì)量泵擠壓物料變?yōu)榻z條螺桿擠壓2.輸送-攪拌-加熱-加壓萃取、干燥4.將絲條中的溶劑萃取、置換，萃取劑揮發(fā)超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)原理UHMWPE理想的溶劑，低溫下溶解，凍膠絲可不經(jīng)萃取直接牽伸 十氫萘價(jià)格昂貴，我國(guó)目前無(wú)大量生產(chǎn)價(jià)格便宜 烷烴類餾程高，需增加萃取工藝，使用關(guān)鍵為如何降低溶劑在纖維成品中的含量。 溶解是分子間的作用力被溶劑分子拆散的過(guò)程，溶質(zhì)和溶劑分子本身及相互

7、間的作用力相對(duì)大小將影響溶解進(jìn)程。超高分子量聚乙烯的分子量極高、分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，分子間有強(qiáng)烈的形成結(jié)晶的趨勢(shì)，結(jié)晶度極高，溶劑分子很難折散這種作用力，因此UHMWPE很難均勻充分溶解，只有在高溫下才能溶解于二甲苯、十氫萘等少數(shù)幾種溶劑中。原料溶解UHWM-PE纖維的制造 UHMW-PE纖維是以相對(duì)分子量大于100萬(wàn)的超高分子量聚乙烯為原料,采用凝膠紡絲法-超倍拉伸技術(shù)制得。用凝膠紡絲法-超倍拉伸技術(shù)制備UHMW-PE纖維的工藝流程如圖：初生態(tài)凝膠纖維UHMWPE，溶劑、抗氧化劑等溶解，脫泡UHMW-PE溶液脫溶劑擠出、紡絲干凝膠纖維加熱，超倍拉伸定型UHMW-PE纖維 國(guó)防軍需裝備方面的應(yīng)用 航

8、空航天方面的應(yīng)用 民用方面的應(yīng)用UHWM-PE纖維的應(yīng)用 國(guó)防軍需裝備方面 由于該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護(hù)衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機(jī)、坦克和艦船的裝甲防護(hù)板、雷達(dá)的防護(hù)外殼罩、導(dǎo)彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌等，其中以防彈衣的應(yīng)用最為引人注目。它具有輕柔的優(yōu)點(diǎn)，防彈效果優(yōu)于芳綸，現(xiàn)已成為占領(lǐng)美國(guó)防彈背心市場(chǎng)的主要纖維。另外 超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料的比彈擊載荷值 U/p是鋼的10倍，是玻璃纖維和 芳綸的2倍多。國(guó)外用該纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂復(fù)合材料制成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強(qiáng)的復(fù)合材料頭盔的替代品。航空航天方面的應(yīng)用 在航天工程中，由于該纖維復(fù)合材料輕質(zhì)

9、高強(qiáng)和抗沖擊性能好，適用于各種飛機(jī)的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)飛機(jī)等。該纖維也可以用作航天飛機(jī)著陸的減速降落傘和飛機(jī)上懸吊重物的繩索，取代了傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩索，其發(fā)展速度異常迅速。民用方面 (1)繩索、纜繩方面的應(yīng)用：用該纖維制成的繩索、纜繩、船帆和漁具適用于海洋工程，是該纖維的最初用途。普遍用于負(fù)力繩索、重載繩索、救撈繩、拖拽繩、帆船索和釣魚(yú)線等。該纖維制成的繩索，在自重下的斷裂長(zhǎng)度是鋼繩的8倍，是芳綸的2倍。該繩索用于超級(jí)油輪、海洋操作平臺(tái)、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和斷裂，需經(jīng)常進(jìn)行更換的問(wèn)題。 (2)體育器材用品：在體育用品上已經(jīng)制成安全帽、滑雪板、帆輪板、釣竿、球拍及自行車、滑翔板、超輕量飛機(jī)零部件等，其性能較傳統(tǒng)材料為好。 (3)用作生物材料：該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用于牙托材料、醫(yī)用移植和整形縫合等方面，它的