超高分子量聚乙烯纖維

1、高比強度，高比模量。 比強度是同等截面鋼絲的十多倍，比模量僅次於特級碳纖維。

2、纖維密度低，密度是0.97-0.98g/cm³，可浮於水面。

3 、斷裂伸長低、斷裂功大，具有很強的吸收能量的能力，因而具有突出的抗衝擊性和抗切割性。

4、抗紫外線輻射，防中子和γ射線，比能量吸收高、介電常數低、電磁波透射率高。

5、耐化學腐蝕、耐磨性、有較長的撓曲壽命。

物理性能：

密度：0.97～0.98g/cm³。比水的密度低，可以漂浮在水上。

強度：2.8～4N/tex。

模量：91～140N/tex。

延伸度：3.5%～3.7%。

衝擊吸收能比對位芳酰胺纖維高近一倍，耐磨性好，摩擦係數小，但應力下熔點只有145～160℃。 ^[1] 

由於聚乙烯纖維高比強度，高比模量。比強度是同等截面鋼絲的十多倍，比模量僅次於特級碳纖維，其強伸度測試對強力儀性能要求比一般纖維要高得多。它要求纖維強力儀的夾持器既能夾緊纖維試樣在拉伸試驗中不打滑，又不因夾持力過大而損傷纖維。早期生產的電子強力儀採用手工夾持器，用人工擰緊螺絲夾緊纖維試樣，夾持力難以控制，為防止試樣打滑往往手工操作夾持力過大，造成夾持器鉗口處應力過分集中，測試結果強力和伸長偏低，對纖維質量正確評定帶來不利結果。氣動夾持器操作自動，夾持力恆定並可通過氣壓的調節控制，減小了操作人員對測試結果的影響，測試結果準確穩定，因而得到廣泛應用。只有氣動夾持器的高強高模纖維強力儀能滿足高性能聚乙烯纖維的強伸性能測試要求。 ^[1] 

用齊格勒催化劑製備樹脂後，以十氫萘或石蠟油、燈油為溶劑進行凝膠紡絲，或以石蠟烴為熔劑進行“半熔紡”而得。

大致可以分為兩類：幹法紡絲，濕法紡絲 ^[1] 

超高分子量聚乙烯纖維的主要生產工序如下：原料的製備——雙螺桿擠壓機——紡絲箱——噴絲板——萃取——乾燥——加熱牽伸——卷繞成型。 ^[1] 

當前，國內外原料的製備方法不一，採用的溶劑不同，含固量也不一樣。所以，沒有固定的統一模式，生產製作的設備差異也很大，而常規熔融紡是不加溶劑的。但不論採取那種方式，最終都能達到所需的效果。因生產是連續化的，所以原料的配比不能有波動，要求始終均勻一致。雖然含固量的提高，是提高產量的重要手段之一，但拉伸比也隨之提高，整體車速都要響應加快，增加了操作難度，毛絲的產生量相比明顯增多，不易把握。但，若能將含固量的百分比控制在適當的濃度內，還是可以的，要根據自身情況，量力而行。提高計量泵的轉速也是提高產量的有效手段之一。

螺桿擠壓機對物料起着輸送—攪拌—加熱—加壓等作用。首先，進入“螺桿”之前的漿料要脱泡，不能含有水汽，物料在輸送過程中，要得到充分的混練攪拌。各區的加熱温度，要結合螺桿上捏合塊的位置加以設定，並且要保證一定的輸送壓力。螺桿捏合塊的設定，理論性很強，不同的組合，對物料的攪拌，會有不同的效果。

紡絲箱的作用主要是保温；控温；均勻的將物料分配到每一個紡絲組件。

由計量泵將物料擠壓變為絲條，就是通過噴絲板實現的，板的孔徑大小及刨面形狀是它的重要技術參數，它對纖維的成型及拉伸性能的好壞，起着至關重要的作用。紡絲箱和噴絲板處的温度匹配，通過觀察噴出絲的熔融狀態設定温度參數。但要想精確控制，還需要具備一些具體技術條件和實踐經驗。

主要是將絲條中大量的溶劑萃取、置換出來，從而得到“純”度的高強度聚乙烯纖維。萃取劑的選取，廠家各有不同，生產工藝也不一樣。到目前為止，很難找到一種即經濟實用、安全環保，萃取效果又好，還無毒、無味的理想萃取劑[在國際上，也是一個長期不宜解決的難題]。

從紡絲到萃取這一工段中，絲條隨機不斷的拉伸，從外觀上看，由粗變細，由半透明到半乳白，絲的可拉伸性也逐漸提高，有了一點“強度”。若從絲的內部看，原料的分子結構並無大的變化，大分子之間沒有定向排列，還是處在無序狀態，分子之間被大量的溶劑包裹隔離着，不能形成分子鏈，若分子鍊形不成，絲也就不可能有真正的強力。而這時的纖維內部，實際上象是一個圓管型網狀體，聚乙烯的分子顆粒在其管網之中，隨着纖維的不斷拉伸變細，溶劑不斷的析出，管網的形狀也由圓到長，由梳到密，物料分子之間密度逐漸增加，大分子的排列，也由紊亂狀態向部分有序狀態逐步轉變。

乾燥工序，主要目的是將粘於絲條上的萃取劑祛除烘乾，以備牽伸之用。這道工序控制起來，看似簡單，實為較難，在工藝温度及張力上稍有掌握不當，就會產生大量的並絲、僵絲現象，導致半成品絲束無法繼續加工。乾燥温度和乾燥長度的把握是其關鍵所在。此工序不可小視，它直接關係到後牽伸的產品質量。

超高分子量聚乙烯纖維的牽伸與常規滌綸短纖的牽伸工藝，從形式上看基本一樣，但要求控制的精度大有不同。此纖維必須採取多級牽伸方式，才能達到高強、高模的特性。每一級欠牽伸過程中，分子間結構都有很大的變化。隨着拉伸，大分子間由無序狀向有序狀，定向排列，結晶度也隨之逐漸提高。只有在纖維的大分子沿纖維軸向的取向度提高，大分子鏈產生的數量就多，抱合力就越大，纖維的強力自然也就越高。纖維的結晶度提高，初始模量也自然提高，纖維在抗外力的作用下，伸長越小，變形量也越小。

纖維在欠伸過程中，欠伸倍數儘量要大，要讓纖維有突然的拉伸變化，才更能促使大分子間的有序取向和高度結晶。纖維的內部結晶，是在高取向度形成的同時，發生結晶轉變的。由於此種纖維的分子量較高，抗外力的作用強，生產上只能採取熱拉伸工藝。所以，需配有較高的拉伸温度，才能實現高倍牽伸。每一級拉伸，温度不一，要根據絲條在以前工序中的狀態而定，沒有定數，但一定要在纖維自身能承受的温度範圍以內。生產中，一般不超過攝氏温度155度。否則，會有硬絲，僵絲的產生。

絲捲成型的要求：絲筒無塌邊，無毛邊，絲束要定長，定重。所謂定長、定重，決不是簡單的指，對絲束長度、重量的要求，它的內涵很深，若能準確把握，是非常困難的。它是在要求，所有的生產工序必須很正常、很穩定，纖維的纖度只有始終均勻一致，才能有所保障。倘若誰能真正做到定長、定重的技術水平，誰就達到了高強纖維這一領域裏的頂峯。

由於超高分子量聚乙烯纖維具有眾多的優異特性， 它在高性能纖維市場上，包括從海上油田的繫泊繩到高性能輕質複合材料方面均顯示出極大的優勢，在現代化戰爭和航空、航天、海域防禦裝備等領域發揮着舉足輕重的作用 ^[1]  。

由於該纖維的耐衝擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以製成防護衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌等，其中以防彈衣的應用最為引人注目。它具有輕柔的優點，防彈效果優於芳綸，現已成為佔領美國防彈背心市場的主要纖維。另外 超高分子量聚乙烯纖維複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。國外用該纖維增強的樹脂複合材料製成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強的複合材料頭盔的替代品。

在航天工程中，由於該纖維複合材料輕質高強和抗衝擊性能好，適用於各種飛機的翼尖結構、飛船結構和浮標飛機等。該纖維也可以用作航天飛機着陸的減速降落傘和飛機上懸吊重物的繩索，取代了傳統的鋼纜繩和合成纖維繩索，其發展速度異常迅速。

(1)繩索、纜繩方面的應用：用該纖維製成的繩索、纜繩、船帆和漁具適用於海洋工程，是該纖維的最初用途。普遍用於負力繩索、重載繩索、救撈繩、拖拽繩、帆船索和釣魚線等。該纖維製成的繩索，在自重下的斷裂長度是鋼繩的8倍，是芳綸的2倍。該繩索用於超級油輪、海洋操作平台、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的鏽蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強度降低和斷裂，需經常進行更換的問題。 (2)體育器材用品：在體育用品上已經制成安全帽、滑雪板、帆輪板、釣竿、球拍及自行車、滑翔板、超輕量飛機零部件等，其性能較傳統材料為好。

(3)用作生物材料：該纖維增強複合材料用於牙託材料、醫用移植物和整形縫合等方面，它的生物相容性和耐久性都較好，並具有高的穩定性，不會引起過敏，已作臨牀應用。還用於醫用手套和其他醫療措施等方面。

(4)工業上，該纖維及其複合材料可用作耐壓容器、傳送帶、過濾材料、汽車緩衝板等；建築方面可以用作牆體、隔板結構等，用它作增強水泥複合材料可以改善水泥的韌度，提高其抗衝擊性能。

用途：防彈背心和頭盔、輕質裝甲、船帆、纜繩、光纜補強體降落傘和濾材等。 ^[2] 

中國超高分子量聚乙烯纖維的需求量保持持續較快增長，主要來源於軍事裝備、海洋產業和安全防護等領域。中國超高分子量聚乙烯纖維產量從2017年的2.89萬噸增長至2020年的4.91萬噸，年均複合增長率達19.32%。 ^[3] 

中國超高分子量聚乙烯纖維中，軍事裝備、海洋產業、安全防護中的應用佔比為前三，分別佔26%、25%、20%。超高分子量聚乙烯纖維作為現代國防必不可少的戰略物資，國家出台了一系列政策將其列為關鍵戰略材料，主要包括《重點新材料首批次應用示範指導目錄（2019年版）》《增強制造業核心競爭力三年行動計劃（2018-2020年）》等。同時，隨着產業技術水平的持續提升，超高分子量聚乙烯纖維的應用領域不斷拓寬，日益增加的軍品、民品應用將為超高分子量聚乙烯纖維帶來龐大的市場需求。 ^[3]