超高分子量聚乙烯纤维层合板在斜侵彻下的动态响应与失效行为研究

为了研究弹丸斜入射下超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维层合板的抗侵彻响应,分别在0°、10°与20°的入射角下开展了弹道冲击实验,利用高速摄影捕捉动态响应,并在冲击实验后观察破坏形貌.构建了相应的三维有限元计算模型,通过对比实验结果验证了其可靠性,并基于该数值模型,进一步阐明不同入射角下的UHMWPE纤维层合板抗侵彻机理.结果表明:当层合板受到平头弹丸斜侵彻作用时,弹头局部接触所引发的应力集中使得层合板更容易发生强度失效,但由于层合板的等效厚度增加且弹丸偏转所造成的弹体与层合板接触面积增加,使得入射角的影响与弹丸入射速度有关.当入射速度较低时,层合板的抗侵彻性能随着入射角增大而略微减小;而当入射速度远大于弹道极限时,层合板的抗侵彻性能随着入射角增大而增大.

超高分子量聚乙烯纤维结合不同树脂修复缺损乳磨牙的断裂载荷及边缘密闭性研究

目的评估超高分子量聚乙烯纤维——Ribbond纤维结合不同树脂修复离体缺损乳磨牙的断裂载荷及边缘密闭性能,为临床提供参考。方法本研究已通过单位伦理委员会批准。收集新鲜拔除、牙冠完整的乳磨牙72颗,随机选取66颗作为实验组用于断裂载荷实验和微渗漏实验,根据充填时是否添加Ribbond纤维及树脂类型随机分为6组(n=11),A1组:3M Z250树脂+Ribbond纤维、A2组:3M Z250树脂;B1组:BeautifilⅡLS树脂+Ribbond纤维、B2组:BeautifilⅡLS树脂;C1组:3M大块树脂+Ribbond纤维、C2组:3M大块树脂,A1、B1、C1组为纤维强化复合树脂组,A2、B2、C2组为复合树脂直接充填组;空白对照组D组不作任何处理(n=6),用于断裂载荷实验。断裂载荷实验分为6个实验组和1个空白对照组,每组6颗,实验组乳磨牙行Ⅱ类洞制备、充填,所有样本热循环老化后检测断裂载荷,分析断裂模式。微渗漏实验分为6个实验组,每组5颗,每颗于面近中和远中边缘嵴内制备2个直径3 mm、深度2.5 mm的Ⅰ类洞、充填,热循环老化后进行微渗漏检测。结果断裂载荷实验结果显示,纤维强化复合树脂组各组断裂载荷均明显大于传统复合树脂直接充填组:A1组>A2组、B1组>B2组、C1组>C2组(P<0.05),纤维强化复合树脂组较复合树脂直接充填组断裂载荷增加了37.08%~39.34%,断裂模式纤维强化复合树脂组A1、C1组较复合树脂直接充填组A2、C2组牙体断裂占比明显减少,可修复模式发生率明显增加(P<0.05);纤维强化复合树脂组A1组断裂载荷明显大于B1、C1组(P<0.05)。微渗漏实验结果显示,纤维强化复合树脂组各组微渗漏深度均小于复合树脂直接充填组:A1组<A2组、B1组<B2组、C1组<C2组(P<0.05),纤维强化复合树脂组较复合树脂直接充填组微渗漏深度降低了53.90%~66.96%。纤维强化复合树脂组B1组微渗漏深度明显小于A1、C1组(P<0.05)。结论Ribbond纤维结合不同树脂材料均可增加离体缺损乳磨牙的断裂载荷,降低微渗漏深度,改善边缘密闭性。

超高分子量聚乙烯纤维的耐高温性能

针对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维熔点低、易蠕变的缺点,以复合材料热压加工环境为测试条件,通过分析不同热压温度和热压时间下的力学稳定性能,研究UHMWPE纤维的耐高温性能。采用差示扫描量热仪、热重分析仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、红外吸收光谱分析仪和力学性能测试仪等仪器设备,表征并分析了UHMWPE纤维的力学性能、热稳定性能和微观结构。结果表明:热压温度及时间对UHMWPE纤维性能有着重要的影响。在150℃及以下热压处理时,纤维力学性能随着热压时间的增加而变化不大;在160℃及以上热压处理时,长时间的热处理导致纤维力学性能下降明显,在160℃处理40 s时丝束断裂强力为153 N,强力损失为46.50%;当热压温度大于纤维熔点时,纤维强力出现急速下降,在170℃热压处理10 s时强力下降到了121 N,强力损失达到了57.80%。研究结果可为UHMWPE纤维复合材料的加工及应用提供参考。

我国超高分子量聚乙烯纤维的发展现状与建议

超高分子量聚乙烯纤维因优异性能在航空航天、军事防护、海洋工程及纺织等领域具有广泛的应用前景,是世界各国竞相发展的战略性新材料。本文梳理了我国超高分子量聚乙烯纤维发展历程,总结了当前产业发展现状,分析了存在的问题,并对未来发展提出建议。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维改性研究进展

从UHMWPE纤维改性目的出发,综述了通过等离子体、射线辐照、接枝聚合等手段改善UHMWPE纤维表面性能的各种方法。其中利用等离子体处理UHMWPE纤维,以及一些通过化学试剂引入反应性基团处理UHMWPE纤维应用较为广泛。介绍了超高分子量聚乙烯常见的改性方法以及近几年来的研究进展,并对于UHMWPE纤维发展趋势做出展望。

无卤阻燃改性超高分子量聚乙烯纤维的制备及性能

通过氮磷系阻燃剂复配方式,以三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为主阻燃剂,二乙基次膦酸铝(ADP)为协效阻燃剂,六方氮化硼(h-BN)为杂化改性剂,白油为溶剂,制备了无卤阻燃超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)纤维。首先对阻燃剂粉体进行干燥、表面处理,然后与白油共混,经过超声波液相分散、研磨机高速研磨,得到无卤阻燃浆料。将此阻燃浆料分散到PE-UHMW纺丝原液中,经双螺杆挤出机挤出得到冻胶丝,冻胶丝经过溶剂萃取、干燥、热牵伸,最终得到阻燃PE-UHMW纤维,对纤维的阻燃性能和力学性能进行表征。结果表明,通过研磨机的反复研磨,可将粉体粒径降低到百纳米级别,更易于在PE-UHMW溶胀液中分散,且极大地提升了阻燃纤维的可纺性;杂化改性剂提升了复配阻燃剂的阻燃性和材料的阻燃等级,当h-BN质量分数为4%时,阻燃剂质量分数可以到20%,PE-UHMW纤维的极限氧指数值达到27.5%,材料阻燃等级达到V-0级;通过一系列改性手段,可使PE-UHMW纤维在添加大量的阻燃粉体后,仍能保持良好的可纺性,且改性对纤维力学性能影响较小,拓宽了PE-UHMW纤维的应用领域,提升其使用价值。

三维超高分子量聚乙烯纤维/苎麻混杂轮胎防滑织物的设计与制备

为改善传统防滑链笨重、噪音大、易损伤轮胎等缺点,基于干、湿摩擦因数的差异通过三向正交混杂织物结构设计,制备超高分子量聚乙烯/苎麻混杂织物轮胎防滑套,分析测试了其摩擦因数、耐磨性能和实际路面效果。结果表明:混杂织物轮胎防滑套干湿摩擦因数的转变使车辆制动距离可缩短20.5%;其摩擦因数比市场商用防滑套增加了116%;由于层间间隔结构织物防滑套的苎麻含量最高,织物结构更紧密,混杂效应更明显,其防滑性能和耐磨性能均最好;通过吸湿性能测试,进一步揭示了该新型防滑织物防滑机制。本文研究成果可减少防滑链对车体损伤,拓展三维织物的应用领域,具有重要的实用价值。

计及温度与应变率效应的超高分子量聚乙烯纤维束的拉伸力学性能

文中针对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维束在计及温度(-60~80℃)和应变率(1×10^(-5)~3.3×10^(-2)s^(-1))的25种工况下,基于轴向拉伸实验数据,研究了UHMWPE纤维束力学性能的温度和应变率效应及其破坏模式。结果表明,UHMWPE纤维束的力学性能具有一定的应变率和温度效应,但后者具备更为强大的影响力,其使UHMWPE纤维束在温度高于50℃时强度产生显著下降;此外,低温在提升UHMWPE纤维束拉伸强度的同时也会削弱其力学性能的应变率效应,在-40~-60℃范围内,UHMWPE纤维束拉伸强度和失效应变基本不受应变率影响。在UHMWPE纤维束的损伤破坏模式研究中发现,在脆-韧性转变存在的温度区间内(25~80℃),转变发生的临界应变率与温度之间具有密切联系,温度每升高约30℃,临界应变率就会提升1个量级。

超高强型超高分子量聚乙烯纤维多级热拉伸过程中的蠕变行为

蠕变行为是限制超高强型超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维应用领域的关键因素。为研究超高强型UHMWPE纤维在多级热拉伸过程中的蠕变行为,以工业生产线上不同热拉伸倍率纤维为样品,采用二维广角X射线衍射仪、万能试验机和化纤高强丝蠕变性能测试仪,表征纤维在热拉伸过程中的凝聚态结构、力学性能和蠕变行为。分析了不同温度、应力下纤维蠕变率的变化规律,以及蠕变大小与纤维结构和力学性能的相关性。结果表明:随着热拉伸的分级进行,纤维的结晶和取向度分别可达88.97%和0.973,同步改善了纤维的力学性能和抗蠕变性能。当测试温度低于70℃时,纤维蠕变不明显;随着施加应力的增加,蠕变表现出快速增加和缓慢增长两个阶段,两个阶段的转变时间点随着温度和施加应力的增加而缩短。但当温度达到90℃时,纤维的蠕变呈现不断加速的结果,施加应力越大,后期的蠕变加速度也越大。当纤维发生10%的蠕变后,其断裂强力得到提高,而当蠕变超过20%时,力学性能转而变差。

超高分子量聚乙烯纤维产业现状及未来趋势

从生产技术、国内外市场规模、生产企业、下游消费结构和产业相关政策及标准等方面出发,综合分析了超高分子量聚乙烯纤维的产业现状,并探讨了产业未来发展趋势。

不同改性方法对超高分子量聚乙烯纤维蠕变行为的影响

超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)纤维因其优异的性能广泛应用于多个领域,但其在长时间负载下易蠕变的问题限制了其更广泛的应用。关于PE-UHMW纤维的研究多关注于纤维本身的蠕变性能优化,对蠕变过程和蠕变行为讨论较少。通过石墨烯共混改性和支化改性两种方法制备得到了不同性能的耐蠕变纤维样品,通过力学性能表征、40%断裂载荷下3 h的蠕变测试和差示扫描量热(DSC)测试,探讨了不同纤维的蠕变行为和对应的蠕变机理。实验对比了常规纤维、掺杂不同含量石墨烯的PE-UHMW纤维以及不同支化度的PE-UHMW纤维和商业耐蠕变纤维Dyneema DM20纤维,研究发现,共混改性和支化改性均能提高PE-UHMW纤维的耐蠕变性能,但表现出不同的蠕变行为和机理。石墨烯的添加能够有效降低PE-UHMW纤维的初始蠕变量,尤其是在石墨烯质量分数为8%时,纤维的蠕变变形减少了37.6%,当石墨烯质量分数大于8%后,初始蠕变量反而增加;支化改性对纤维蠕变性能的影响主要体现在恒定载荷下的抗形变能力。包含支链的纤维初始蠕变量要大于未改性纤维,但其在第二阶段的蠕变速率显著降低,显示出更好的耐蠕变性能。通过对蠕变曲线进行时间外推验证了改性纤维在长期载荷下的稳定性。石墨烯共混改性使纤维的DSC吸热峰值升高至146℃以上,支化改性纤维则展现3个独立吸热峰,表明支链引入新的微观结构。最后讨论分析了不同改性方法对PE-UHMW纤维蠕变行为的影响机制。

超高分子量聚乙烯纤维混凝土的抗多次冲击性能

为增强混凝土棚洞的抗落石冲击能力,将超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE纤维)引入混凝土中.设计5种纤维掺量的混凝土,系统开展抗压、抗折、抗多次冲击的实验研究,分析纤维掺量对混凝土基本力学性能的影响.开展纤维混凝土棚洞大尺度抗落石冲击实验,分析UHMWPE纤维对棚洞的缓冲性能.结果表明:UHMWPE纤维能提高混凝土的抗折强度,显著增强混凝土的抗多次冲击性能;当纤维掺量为1.2 kg·m-3时,混凝土抵抗落石多次冲击的性能最优,承受抗冲击次数比素混凝土多12次,并且UHMWPE纤维能提高棚洞抗冲击性能.

超高分子量聚乙烯纤维表面纳米ZnO可控生长及其界面性能研究

首先在超高分子量聚乙烯(PE⁃UHMW)纤维表面形成聚多巴胺涂层,再通过水热法在纤维表面原位生长ZnO纳米阵列。对聚乙烯亚胺(PEI)介导的合成体系ZnO长径比、改性前后PE⁃UHMW纤维的界面性能进行了研究,并揭示了其增强机理。结果表明,ZnO纳米阵列的生长并未对纤维的热稳定性及结晶度产生影响,对纤维的损伤较小;当PEI浓度为3 mmol时,ZnO长径比最高;改性后纤维界面黏结强力提升了63.6%,层间剪切强度提升了70.14%。

一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法及其超高分子量聚乙烯纤维

本发明公开了一种超高分子量聚乙烯纤维的制备方法及其超高分子量聚乙烯纤维,包括,将溶胀的超高分子量聚乙烯纺丝液通过双螺杆溶解、计量泵定量挤出后,经过喷丝板、气隙段的喷丝头拉伸、凝固浴后收丝得到初生冻胶丝;将制得的初生冻胶丝经过萃取、干燥、热辊拉伸后进行收丝,得到超高分子量聚乙烯纤维。本发明通过对喷丝板流道进行优化,随着导流孔直径的逐级变小,纺丝熔体的流速逐级升高.

我国对超高分子量聚乙烯纤维相关物项等实施出口管制

5月30日,商务部、海关总署、中央军委装备发展部对外发布关于对有关物项实施出口管制的公告。公告自2024年7月1日起正式实施。公告称,根据《中华人民共和国出口管制法》《中华人民共和国对外贸易法》《中华人民共和国海关法》有关规定,为维护国家安全和利益、履行防扩散等国际义务,经国务院、中央军委批准,决定对航空航天结构件及发动机制造相关装备及软件、技术,燃气涡轮发动机/燃气轮机制造相关装备及软件、技术,航天服面窗相关装备及软件、技术,超高分子量聚乙烯纤维相关物项实施出口管制。

液态氧化法处理超高分子量聚乙烯纤维

用液态氧化法对超高分子量聚乙烯纤维进行了表面处理，研究了处理介质、处理时间对超高分子量聚乙烯／ 环氧复合材料层间剪切强度的影响，用扫描电子显微镜、ＸＰＳ表面元素分析、毛细浸润法测接触角等方法探讨了纤维表面性能处理前后的变化，以及纤维与树脂的界面结合情况。

纳米SiO_2改性超高分子量聚乙烯纤维的制备及其结构性能研究

采用萃取阶段加入纳米粒子的方式,制得纳米SiO2改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维.借助于扫描电镜、声速法、WAXD、DSC、TMA和强力测试等手段,研究了纳米SiO2对UHMWPE纤维结构和性能的影响.结果表明,纳米SiO2粒子在UHMWPE纤维中可达到均匀分散,分散尺寸约为50～100nm;改性后纤维取向度、结晶度基本不变,纤维横向晶粒尺寸大大降低,纤维力学强度稍有增加,力学模量大大增加(由1359.2cNdtex增加到1505.9cNdtex),同时,纤维热性能和热力学性能也得到大大改善.

超高分子量聚乙烯纤维增强层合厚板抗弹性能实验研究

研究了四种不同面密度的超高分子量聚乙烯纤维增强层合板(UFRP)的抗高速立方体破片侵彻的能力,并比较了四种不同面密度UFRP的吸能情况。实验结果表明,UFRP薄板和厚板的弹道极限与面密度表现出不同的关系;UFRP正面出现了垂向层状剥离带,而UFRP薄板背面出现了水平层状剥离带,UFRP厚板则未见剥离带出现;高速破片冲击UFRP厚板时,应考虑破片镦粗变形对UFRP厚板吸能以及变形模式的影响。

超高分子量聚乙烯冻胶纺丝-拉伸纤维结构的研究

以煤油为溶剂，汽油为萃取剂，采用冻胶纺丝拉伸技术纺制了超高分子量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）纤维．利用广角Ｘ射线衍射（ＷＡＸＤ）试验、偏光显微镜（ＰＯＭ）观察等方法研究了拉伸过程中纤维结构的变化．结果表明，在拉伸过程中，纤维大分子折叠链向伸直链转变的同时，斜方结晶的堆砌密度增大，微晶尺寸分布变窄并趋于均匀，拉伸４０倍纤维的晶胞参数为ａ＝０７３２ｎｍ，ｂ＝０４９１ｎｍ，ｃ＝０２５４ｎｍ．在拉伸４０倍左右的纤维中还能观察到因大分子结晶晶面滑移而产生的折皱带结构．在作者研究条件下，观察不到折皱带结构对纤维整体的取向态和结晶态结构的影响．

超高分子量聚乙烯纤维复合材料的研究进展

概述超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强复合材料的研究进展,详细介绍了UHMWPE纤维的各种优良特性和UHMWPE纤维增强复合材料用基体树脂,以及UHMWPE纤维增强复合材料的制备方法与工艺,对UHMWPE增强复合材料的应用及其应用领域进行了汇总。