摘要：本文介紹了超高分子量聚乙烯短纖維及其各種混紡紗線的性能。超高分子量聚乙烯短纖維可用于紡制各種紗線產(chǎn)品，也可用于建筑增強(qiáng)材料。超高分子量聚乙烯紗線具有強(qiáng)度高、耐磨、耐切割等優(yōu)點(diǎn)，其斷裂強(qiáng)度可達(dá)到 8 cN/dtex以上，可滿足一些特種領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)度紗線的需求，應(yīng)用前景非常廣闊。

關(guān)鍵詞：超高分子量聚乙烯；短纖維；紗線；性能

中圖分類號(hào)：TQ342+.61 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Study on Performance of UHMWPE Staple Fiber and Yarn

Abstract： The performance of UHMWPE staple fiber and yarn was introduced in this paper. UHMWPE staple fiber can be used to spin various yarns， and also can be used as building reinforcement materials. The breaking strength of UHMWPE yarn is above 8 cN/dtex. With excellent abrasion-resistance and cutresistance performance， UHMWPE yarn can meet the requirements of some special fields， thus has a great market potential.

Key words： UHMWPE； staple fiber； yarn； performance

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維是目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的強(qiáng)度最高的合成纖維之一，除了高強(qiáng)度和高模量外，UHMWPE纖維還具有密度低、抗沖擊、耐切割的優(yōu)點(diǎn)，密度只有0.97 g/cm3，低于多數(shù)合成纖維，同時(shí)其化學(xué)穩(wěn)定性、耐光性和耐低溫性都非常優(yōu)異，因此有非常廣泛的用途，如應(yīng)用于安全防護(hù)、航海、漁業(yè)、體育用品等領(lǐng)域，產(chǎn)品包括防彈用UD布、防刺服面料、防切割手套、各類繩索、漁網(wǎng)等，但這些產(chǎn)品基本為長(zhǎng)絲制品，相比之下UHMWPE短纖維和紗線的產(chǎn)品和應(yīng)用都較少，這主要與市場(chǎng)需求、成本等因素有關(guān)，但從使用角度來(lái)看，短纖維和紗線產(chǎn)品也有其優(yōu)點(diǎn)，比如自由度更高，可以在各種基體中均勻分散，適合于做復(fù)合材料增強(qiáng)骨架；其紗線產(chǎn)品不易鉤絲，而且具有柔軟、觸感良好等特點(diǎn)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)UHMWPE纖維的產(chǎn)能擴(kuò)張很快，生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量及規(guī)模都在不斷增加，且增速遠(yuǎn)超傳統(tǒng)長(zhǎng)絲市場(chǎng)的需求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)較為激烈。以下將對(duì)UHMWPE短纖維及其紗線的性能進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.97 dtex/51 mm的UHMWPE短纖維，中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司生產(chǎn)；

1.33 dtex/38 mm的UHMWPE短纖維，中國(guó)紡織科學(xué)研究院提供；

各種UHMWPE紗線，中國(guó)紡織科學(xué)研究院提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

強(qiáng)力測(cè)試儀（Instron M）；單絲強(qiáng)力測(cè)試儀（上海新纖，XQ-1C）；掃描電鏡（日本，JSM-6360）；纖維卷曲彈性儀（上海新纖，XCP-1型）。

1.3 測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)

短纖維的拉伸性能和卷曲性能根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 14337— 2008《化學(xué)纖維：短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》和國(guó)標(biāo)GB/ T 14338 — 2008《化學(xué)纖維：短纖維卷曲性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試；紗線的拉伸性能根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 3916 — 1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 短纖維性能研究

測(cè)試了UHMWPE短纖維的斷裂強(qiáng)度、模量和卷曲性從表 1 可以看出，UHMWPE短纖維屬于高強(qiáng)低伸纖維，其斷裂強(qiáng)度是常規(guī)滌綸短纖維的 5 倍以上，模量是滌綸短纖維的10倍以上。

UHMWPE短纖維的卷曲性能較滌綸差，正常滌綸短纖維的卷曲率在11% ～ 14%之間，卷曲數(shù)在12個(gè)/25 mm左右，而表 1 中UHMWPE短纖的卷曲率和25 mm卷曲數(shù)都不到滌綸短纖維的一半。UHMWPE短纖的卷曲性差和其纖維特性有關(guān)，由于其大分子高度取向和結(jié)晶，模量和強(qiáng)度高造成卷曲困難，而且大分子結(jié)構(gòu)中缺乏極性基團(tuán)，纖維彎曲后在彎曲點(diǎn)大分子難以靠強(qiáng)的極性鍵固定重排，造成卷曲保持性差，從而給紡紗帶來(lái)較大難度。

用掃描電鏡觀察UHMWPE短纖維的表面形態(tài)，結(jié)果如圖 1 所示。

從圖 1 可以看出，所測(cè)的UHMWPE短纖維經(jīng)過(guò)了卷曲，局部由平直狀變成了彎曲狀，這種卷曲對(duì)紡紗有利，可以增加纖維間的抱合性，但卷曲數(shù)應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)才有利于紡紗：卷曲數(shù)過(guò)少會(huì)導(dǎo)致纖維抱合性不好，毛條強(qiáng)度低，難以紡紗；卷曲數(shù)過(guò)多則容易形成大量棉結(jié)，影響成紗質(zhì)量。

2.2 紗線性能研究

另外還測(cè)試了一批斷裂強(qiáng)度稍低的UHMWPE短纖原料所紡的UHMWPE純紡紗線和UHMWPE/PET（90/10）混紡紗線的力學(xué)性能指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表 2。

從表 2 可以看出，UHMWPE純紡和混紡紗線都有較高的斷裂強(qiáng)度，遠(yuǎn)超一般短纖紗的斷裂強(qiáng)度，接近同規(guī)格滌綸紗線斷裂強(qiáng)度的 3 倍。而且UHMWPE/PET（90/10）混紡紗的斷裂強(qiáng)度較UHMWPE純紡紗要稍高一些，分析原因可能是PET的加入提高了紗線中纖維的抱合性，使強(qiáng)度增加。從表 2 還可以看出，股線的斷裂強(qiáng)度較單紗提高了10%以上，股線的條干均勻性也更好。

為研究混紡比對(duì)UHMWPE/PET混紡紗線裂強(qiáng)度的影響，本研究測(cè)試了同規(guī)格純PET、UHMWPE/PET（50/50）、UHMWPE/PET（70/30）、UHMWPE/PET（90/10）以及純UHMWPE 紗的斷裂強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)圖 2。

從圖 2 可以看出，隨著紗線中UHMWPE纖維含量的增加，紗線的斷裂強(qiáng)度是一個(gè)先增加再趨緩，然后略有下降的趨勢(shì)，發(fā)生這種情況的原因比較復(fù)雜。紗線的斷裂強(qiáng)度取決于紗線斷裂時(shí)參與斷裂的纖維強(qiáng)度和數(shù)量，一般情況下，在紗線斷裂時(shí)有部分纖維只是發(fā)生了位置的滑移，并未斷裂。UHMWPE纖維的斷裂強(qiáng)度大、斷裂伸長(zhǎng)低，而且表面摩擦系數(shù)小，容易滑移，而滌綸斷裂強(qiáng)度低、斷裂伸長(zhǎng)大，纖維的相對(duì)滑移情況會(huì)少一些。在UHMWPE纖維含量較少時(shí)，其強(qiáng)度的貢獻(xiàn)非常明顯，紗線斷裂強(qiáng)度隨其含量增加不斷增加，但當(dāng)UHMWPE纖維含量增加到一定程度以后，纖維相對(duì)滑移對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響開(kāi)始起決定作用，紗線斷裂強(qiáng)度不再隨UHMWPE纖維含量的增加而增加。

3 應(yīng)用領(lǐng)域探討

UHMWPE短纖維有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，除了可用于紡紗生產(chǎn)高強(qiáng)度紗線外，還可以用于建筑增強(qiáng)材料、復(fù)合材料骨架等中。寧波大成的研究結(jié)果表明，把長(zhǎng)度為19 mm的UHMWPE短纖添加到混凝土中，可明顯提高其強(qiáng)度指標(biāo)，摻混量從0.1%到 0.5%，強(qiáng)度指標(biāo)呈上升趨勢(shì)，當(dāng)摻混量為0.5%時(shí)立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度提高15%左右、抗折強(qiáng)度提高近30%、劈拉強(qiáng)度提高78.9%，增強(qiáng)作用非常明顯。

UHMWPE紗線可用于各種防切割、耐磨織物產(chǎn)品，如防護(hù)手套等，和長(zhǎng)絲相比，短纖紗織物產(chǎn)品手感柔軟，不易鉤絲，具有同樣的耐磨性和防切割等級(jí)，結(jié)實(shí)耐用且防護(hù)性能良好，在建筑、救援等領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣闊。

4 結(jié)論

（1）UHMWPE短纖是目前工業(yè)化生產(chǎn)的強(qiáng)度最高的短纖維之一，經(jīng)過(guò)卷曲后也有一定的卷曲度，可用于紡紗、建筑增強(qiáng)等領(lǐng)域；

（2）在滌綸短纖中混入一定比例的UHMWPE短纖可明顯提高紗線強(qiáng)度，但當(dāng)其含量達(dá)到一定程度后紗線斷裂強(qiáng)度不再增加；

（3）UHMWPE紗線的斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)超一般短纖紗線，可滿足特殊領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)度紗線的需求，用于開(kāi)發(fā)耐磨、防切割紡織產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧超英，趙永霞. 國(guó)內(nèi)外超高分子量聚乙烯纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2010（4）：52-55.

[2] 錢伯章. 超高強(qiáng)度聚乙烯纖維的開(kāi)發(fā)應(yīng)用進(jìn)展[J]. 國(guó)外塑料，2010，28（4）：62-64.

[3] 廉志軍，史賢寧，井連英. 高強(qiáng)高模聚乙烯短纖維及其應(yīng)用[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2013（3）：58-60.

[4] 達(dá)巍峰. 超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 新材料產(chǎn)業(yè)，2011（9）：17-20.

從圖 2 可以看出，隨著紗線中UHMWPE纖維含量的增加，紗線的斷裂強(qiáng)度是一個(gè)先增加再趨緩，然后略有下降的趨勢(shì)，發(fā)生這種情況的原因比較復(fù)雜。紗線的斷裂強(qiáng)度取決于紗線斷裂時(shí)參與斷裂的纖維強(qiáng)度和數(shù)量，一般情況下，在紗線斷裂時(shí)有部分纖維只是發(fā)生了位置的滑移，并未斷裂。UHMWPE纖維的斷裂強(qiáng)度大、斷裂伸長(zhǎng)低，而且表面摩擦系數(shù)小，容易滑移，而滌綸斷裂強(qiáng)度低、斷裂伸長(zhǎng)大，纖維的相對(duì)滑移情況會(huì)少一些。在UHMWPE纖維含量較少時(shí)，其強(qiáng)度的貢獻(xiàn)非常明顯，紗線斷裂強(qiáng)度隨其含量增加不斷增加，但當(dāng)UHMWPE纖維含量增加到一定程度以后，纖維相對(duì)滑移對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響開(kāi)始起決定作用，紗線斷裂強(qiáng)度不再隨UHMWPE纖維含量的增加而增加。

3 應(yīng)用領(lǐng)域探討

UHMWPE短纖維有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，除了可用于紡紗生產(chǎn)高強(qiáng)度紗線外，還可以用于建筑增強(qiáng)材料、復(fù)合材料骨架等中。寧波大成的研究結(jié)果表明，把長(zhǎng)度為19 mm的UHMWPE短纖添加到混凝土中，可明顯提高其強(qiáng)度指標(biāo)，摻混量從0.1%到 0.5%，強(qiáng)度指標(biāo)呈上升趨勢(shì)，當(dāng)摻混量為0.5%時(shí)立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度提高15%左右、抗折強(qiáng)度提高近30%、劈拉強(qiáng)度提高78.9%，增強(qiáng)作用非常明顯。

UHMWPE紗線可用于各種防切割、耐磨織物產(chǎn)品，如防護(hù)手套等，和長(zhǎng)絲相比，短纖紗織物產(chǎn)品手感柔軟，不易鉤絲，具有同樣的耐磨性和防切割等級(jí)，結(jié)實(shí)耐用且防護(hù)性能良好，在建筑、救援等領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣闊。

4 結(jié)論

（1）UHMWPE短纖是目前工業(yè)化生產(chǎn)的強(qiáng)度最高的短纖維之一，經(jīng)過(guò)卷曲后也有一定的卷曲度，可用于紡紗、建筑增強(qiáng)等領(lǐng)域；

（2）在滌綸短纖中混入一定比例的UHMWPE短纖可明顯提高紗線強(qiáng)度，但當(dāng)其含量達(dá)到一定程度后紗線斷裂強(qiáng)度不再增加；

（3）UHMWPE紗線的斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)超一般短纖紗線，可滿足特殊領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)度紗線的需求，用于開(kāi)發(fā)耐磨、防切割紡織產(chǎn)品。

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[4] 達(dá)巍峰. 超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 新材料產(chǎn)業(yè)，2011（9）：17-20.

從圖 2 可以看出，隨著紗線中UHMWPE纖維含量的增加，紗線的斷裂強(qiáng)度是一個(gè)先增加再趨緩，然后略有下降的趨勢(shì)，發(fā)生這種情況的原因比較復(fù)雜。紗線的斷裂強(qiáng)度取決于紗線斷裂時(shí)參與斷裂的纖維強(qiáng)度和數(shù)量，一般情況下，在紗線斷裂時(shí)有部分纖維只是發(fā)生了位置的滑移，并未斷裂。UHMWPE纖維的斷裂強(qiáng)度大、斷裂伸長(zhǎng)低，而且表面摩擦系數(shù)小，容易滑移，而滌綸斷裂強(qiáng)度低、斷裂伸長(zhǎng)大，纖維的相對(duì)滑移情況會(huì)少一些。在UHMWPE纖維含量較少時(shí)，其強(qiáng)度的貢獻(xiàn)非常明顯，紗線斷裂強(qiáng)度隨其含量增加不斷增加，但當(dāng)UHMWPE纖維含量增加到一定程度以后，纖維相對(duì)滑移對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響開(kāi)始起決定作用，紗線斷裂強(qiáng)度不再隨UHMWPE纖維含量的增加而增加。

3 應(yīng)用領(lǐng)域探討

UHMWPE短纖維有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，除了可用于紡紗生產(chǎn)高強(qiáng)度紗線外，還可以用于建筑增強(qiáng)材料、復(fù)合材料骨架等中。寧波大成的研究結(jié)果表明，把長(zhǎng)度為19 mm的UHMWPE短纖添加到混凝土中，可明顯提高其強(qiáng)度指標(biāo)，摻混量從0.1%到 0.5%，強(qiáng)度指標(biāo)呈上升趨勢(shì)，當(dāng)摻混量為0.5%時(shí)立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度提高15%左右、抗折強(qiáng)度提高近30%、劈拉強(qiáng)度提高78.9%，增強(qiáng)作用非常明顯。

UHMWPE紗線可用于各種防切割、耐磨織物產(chǎn)品，如防護(hù)手套等，和長(zhǎng)絲相比，短纖紗織物產(chǎn)品手感柔軟，不易鉤絲，具有同樣的耐磨性和防切割等級(jí)，結(jié)實(shí)耐用且防護(hù)性能良好，在建筑、救援等領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣闊。

4 結(jié)論

（1）UHMWPE短纖是目前工業(yè)化生產(chǎn)的強(qiáng)度最高的短纖維之一，經(jīng)過(guò)卷曲后也有一定的卷曲度，可用于紡紗、建筑增強(qiáng)等領(lǐng)域；

（2）在滌綸短纖中混入一定比例的UHMWPE短纖可明顯提高紗線強(qiáng)度，但當(dāng)其含量達(dá)到一定程度后紗線斷裂強(qiáng)度不再增加；

（3）UHMWPE紗線的斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)超一般短纖紗線，可滿足特殊領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)度紗線的需求，用于開(kāi)發(fā)耐磨、防切割紡織產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

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[3] 廉志軍，史賢寧，井連英. 高強(qiáng)高模聚乙烯短纖維及其應(yīng)用[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2013（3）：58-60.

[4] 達(dá)巍峰. 超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 新材料產(chǎn)業(yè)，2011（9）：17-20.