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。

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。

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。

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。

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。

熔纺超高分子量聚乙烯纤维初生丝制备及拉伸工艺

采用高流动性的超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)树脂为原料,使用转矩流变仪,采用熔体纺丝法成功制备出PE-UHMW初生丝纤维。实验结果表明,转矩流变仪三个加热区的温度分别为:1区160℃,2区230℃,3区270℃,单丝机头加热温度为260℃;螺杆转速为2 r/min,在此条件下,可以获得表面光滑且具有高倍拉伸性能的PEUHMW初生丝纤维。以获得最大拉伸倍率和最大拉伸强度的PE-UHMW纤维为目标,对熔体纺丝制备出的PEUHMW初生丝纤维进行一级超倍拉伸做了初步的研究,对影响纤维超倍拉伸的因素,如拉伸温度、拉伸介质、拉伸速度等进行了分析。扫描电子显微镜和电子万能试验机结果显示,相比于水浴,油浴条件下纤维可以获得更高的有效拉伸倍率和力学性能,纤维的结构更为均匀;拉伸温度在90℃附近时,纤维的最大拉伸倍率和力学性能最好;拉伸速度小于1 m/min情况下,纤维获得的最大拉伸倍率基本不变,当拉伸速度继续增加时,其最大拉伸倍率迅速下降。在最佳拉伸工艺条件下可制备出强度为1.2 GPa的PE-UHMW纤维。

超高分子量聚乙烯纤维织物/热塑性聚氨酯 复合材料的界面黏结性能

针对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维织物与热塑性聚氨酯(TPU)黏结性能差的问题,采用常压介质阻挡放电(DBD)等离子体对UHMWPE纤维织物进行表面处理及复合工艺的调整来提高复合材料界面黏结性能。研究了热压温度及时间和常压DBD等离子体处理电压及次数对纤维结构、纤维表面形貌及化学成分、丝束断裂强力及复合材料剥离强度的影响。结果表明:当热压温度为120℃,热压时间为30 s时,UHMWPE纤维织物与TPU的黏结性能达到最优,剥离强度达到了42.88 N/(25 mm);经过常压DBD等离子体处理后,UHMWPE纤维表面产生明显的刻蚀痕迹,纤维表面含氧极性官能团增加,丝束力学性能及复合材料剥离强度随着处理电压和次数的增加先升高后降低,当处理电压为200 V,处理3次时,丝束断裂强力增加了1.8%,剥离强度提升了30.72%。

超高分子量聚乙烯纤维束低速拉伸下的应变率效应及其统计损伤本构关系

基于轴向拉伸实验研究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维束低速下(包含准静态)应变率效应对其力学性能及破坏模式的影响,阐述了其弹-黏塑性特性和分子链断裂在纤维束变形过程中的贡献。在10^(-5)~3.3×10^(-2)s^(-1)应变率范围内,对UHMWPE纤维束进行5种不同应变率工况的拉伸实验,得到了各工况下的力学性能参数及应力-应变曲线。结果表明,UHMWPE纤维束的拉伸强度和失效应变与应变率之间分别存在指数增长和指数衰减关系,随着应变率的提升,二者的应变率效应逐渐削弱。室温下,UHMWPE纤维束具有较为复杂的力学行为,呈现2种不同的损伤特性,分别为黏弹性主导的宏观整体性脆性断裂和黏塑性主导极具韧性且包含蠕变的塑性变形。基于实验结果并结合现有文献结论,推断UHMPWE纤维束发生脆-韧转变的临界应变率在10-5量级。最后,根据实验数据拟合了计及应变率且包含修正项的纤维束低速统计损伤本构方程,通过与实测值对比,验证了该方程的准确性。

超高分子量聚乙烯短纤维缝纫线的开发

探讨超高分子量聚乙烯短纤维缝纫线的制备工艺,以及混纺比对超高分子量聚乙烯与涤纶混纺纱性能的影响。对原料进行预处理后,采用环锭纺选择合理的工艺参数,制备超高分子量聚乙烯短纤维纯纺纱和5种比例的混纺单纱以及股线;测试研究所制备纱线的基本性能,确定超高分子量聚乙烯与涤纶混纺纱线的适宜混纺比。结果表明,超高分子量聚乙烯短纤维纯纺纱成纱困难,超高分子量聚乙烯与涤纶混纺纱(80∶20)及其股线综合性能最优,通过混纺比的优化可设计出性能较好的超高分子量聚乙烯短纤维缝纫线。

亲水改性超高分子量聚乙烯纤维对超高性能混凝土流动性影响

文中通过^(60)Coγ射线预辐射对超高分子量聚乙烯纤维进行亲水改性,并将成品纤维短切为6、9、12 mm三种规格,系统性研究亲水改性纤维不同体积掺量、长度对超高性能混凝土(UHPC)流动度的影响。结果表明,纤维经辐照亲水改性后,在UHPC基体中的分散性明显增强,扩展度增大,分散性的改善也带来了更好的纤维增强效果。随着纤维掺量的增加,扩展度不断下降,掺量在1.5%时,UHPC和易性仍能保持施工要求。纤维越长,其结团现象越明显。

一种可降解超高分子量聚乙烯纤维的制备方法及其应用

本发明公开了一种可降解超高分子量聚乙烯纤维的制备方法及其应用,该制备方法包括如下步骤:(1)将聚酯类聚合物与良溶剂混合,得到聚酯类聚合物溶液,再将其与无机纳米粒子混合后制成共混溶液,将共混溶液和非良溶剂混合后得到纳米微球;(2)将高分子量聚合物和有机溶剂混合后得到高分子量聚合物熔胀液;(3)将纳米微球和高分子量聚合物熔胀液进行热熔解,得到纺丝溶液;(4)将纺丝溶液通过冷却、固化、萃取、拉伸后得到可降解超高分子量聚乙烯纤维,该制备方法的可降解超高分子量聚乙烯纤维具有极佳的断裂伸长率和断裂强度,能够更好的应用于海洋用渔网,同时其优异的降解性能够避免环境污染,属于绿色环保纤维。

一种高效绿色无污染超高分子量聚乙烯纤维的制备及应用

本发明涉及C08L23/06领域,具体为一种高效绿色无污染超高分子量聚乙烯纤维的制备及应用。本发明提供了一种高效绿色无污染超高分子量聚乙烯纤维的制备工艺,通过分别在双螺杆挤出机以及单螺杆挤出机挤出处理,进一步溶解和匀化,提高生产效率的同时避免了纺丝的不稳定。

超高分子量聚乙烯纤维改良膨胀土试验研究

纤维柔性加筋处治膨胀土病害是一种有待进一步研究发展的新型技术方法。为此采用特种纤维对膨胀土特性进行改良,并对其改良特性进行试验研究,采用不同长度、不同掺量的超高分子量聚乙烯纤维,将其掺入到膨胀土中进行无荷膨胀率、快速直剪和变水头渗透试验。试验结果表明:超高分子量聚乙烯纤维的掺入能有效抑制膨胀土的膨胀性并降低它的无荷膨胀率,同时还能大幅提高膨胀土的抗剪强度,当超高分子量聚乙烯纤维的掺入量超过0.1%时,加筋土的渗透系数则会大幅上升。