摘 要：超高分子量聚乙烯纖維是世界上幾種優(yōu)良的高性能纖維之一。由于其在化學和物理性能方面的優(yōu)勢，它被廣泛用于許多行業(yè)，例如國防軍事，工業(yè)生產(chǎn)，航天航空等。超高分子量聚乙烯纖維是中國發(fā)展的重要項目，并且也是特種纖維之一。本文對超高分子量聚乙烯纖維的性能和應(yīng)用進行了綜述。

關(guān)鍵詞：超高分子量聚乙烯纖維;性能;應(yīng)用

1 超高分子量聚乙烯纖維的優(yōu)良性能

UHMWPE 的獨特結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)秀的理化特性，但 UHMWPE 柔性線性大分子主鏈結(jié)構(gòu)及其極高的分子量（長的分子主鏈）同時制約了這一材料的成型工藝。由于其分子鏈較長，UHMWPE 大分子鏈在熔融后仍然保持著高度的相互卷曲纏繞狀態(tài)，導致其在熔融狀態(tài)下粘度過高，不能形成粘流態(tài)而是呈現(xiàn)高彈態(tài)，熔融指數(shù)幾乎為0，因此無法通過聚乙烯常用的熱熔融實現(xiàn)擠出和紡絲等加工成型方法;同時，高彈態(tài)下的UHMWPE 具有的臨界剪切速度較低，熔體的粘度很大，因此在擠出或者注塑工藝中容易使制品表面出現(xiàn)起伏不平、扭結(jié)、粗糙、熔體破裂等問題，同樣是造成材料難以加工的因素。與常規(guī)纖維相比，UHMWPE 纖維的最讓人關(guān)注的是其超高的拉伸強度及拉伸模量、較低的密度、以及柔性鏈結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的高抗沖性能。另外，UHMWPE 纖維的絕緣性，耐低溫性，化學穩(wěn)定性及疏水性等均較優(yōu)異。

1.1 超高分子量聚乙烯纖維優(yōu)良的力學性能

UHMWPE纖維具有優(yōu)異的力學性能。在相同線密度下，UHMWPE纖維的拉伸強度是鋼絲繩的15倍，比芳綸纖維高40%，是優(yōu)質(zhì)鋼纖維和普通復合纖維的10倍。與鋼、E夾層玻璃、尼龍、聚烯胺相比，具有更高的強度和模量，在相同質(zhì)量的原材料中，強度最高。

1.2 超高分子量聚乙烯纖維優(yōu)良的密度與比強度

UHMWPE纖維的密度約為0.95g/cm3～0.98g/cm3，與碳纖維、芳綸纖維相比具有更低的密度，密度小于水的密度，與聚丙烯類似，是一種密度小于水的特種高性能纖維。

UHMWPE纖維是一種輕質(zhì)高強纖維，比強度遠勝于碳纖維、芳綸為主的其他特種高分子纖維。

UHMWPE纖維的拉伸比強度約為2.8～4N/tex（密度以0.98g/cm3計算，則拉伸強度約為2744MPa～3920MPa）;拉伸比模量約為91～140N/tex（密度以0.98g/cm3計算，則拉伸模量約為90GPa～137GPa）。雖然UHMWPE纖維拉伸強度與碳纖維、芳綸等特種纖維相近，但UHMWPE的拉伸比強度要比芳綸和碳纖維大約50%，基本是目前拉伸比強度最大的高分子特種纖維。

1.3 超高分子量聚乙烯纖維優(yōu)良的耐磨性能

一般而言，原材料的模量越大，耐磨性越低，但是對于UHMWPE纖維，則相反。由于UHMWPE纖維的摩擦系數(shù)較低，模量越高，耐磨性越高。因此，其耐磨性優(yōu)于其他優(yōu)良的化學纖維。由于其耐磨性和抗彎曲性，它具有出色的生產(chǎn)和加工特性，并且易于制造其他聚合物材料和紡織品。

1.4 超高分子量聚乙烯纖維耐化學腐蝕性

UHMWPE纖維的化學結(jié)構(gòu)相對簡單，物理性能相對穩(wěn)定，它具有高晶體結(jié)構(gòu)的趨勢[1]。因此，強酸強堿中的活性基因不易攻擊，并且只有少數(shù)幾種其他有機化學水溶液可以使它輕度溶脹，并且其力學性能損害小于10%。超高含量聚乙烯纖維和芳綸纖維在不同化學藥品中的抗壓強度保持率非常高。超高含量聚乙烯纖維的耐蝕性明顯比芳綸纖維搞。其結(jié)構(gòu)在酸，堿和鹽中非常穩(wěn)定，僅在次氯酸鈉溶液中其強度才會被破壞。

1.5 超高分子量聚乙烯纖維良好的耐光性能

UHMWPE纖維的化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此其耐光性也是新型化纖中最優(yōu)異的。UHMWPE纖維的強度保持率明顯高于尼龍，高、低模量芳綸纖維的強度保持率有所提高。

1.6 超高分子量聚乙烯纖維的其他性能

UHMWPE纖維具有優(yōu)異的疏水性，耐濕性，絕緣性和使用壽命。其耐濕性和耐寒性優(yōu)異，并且比重小。它是唯一可以在水上漂浮的新型化纖，還是理想的低溫纖維。然而，它也具有缺點，即低熔點。在生產(chǎn)過程中，溫度不應(yīng)超過130℃，否則，由于UHMWPE纖維的分子結(jié)構(gòu)鏈之間的相互作用力弱，將引起應(yīng)力松弛并縮短使用壽命。UHMWPE纖維沒有染基團，這使它們的滲透性差，并且染料不能滲透到纖維中，從而導致染性差。此缺陷影響了其主要用途的范圍。

2 超高分子量聚乙烯纖維的應(yīng)用技術(shù)

到目前為止，UHMWPE纖維的主要用途已越來越廣泛。其產(chǎn)品的生產(chǎn)和制造方法也多種多樣。

2.1 吊裝、拖拽等方面的應(yīng)用

UHMWPE纖維的典型應(yīng)用是繩、網(wǎng)、絲。這些產(chǎn)品是通過加捻和加捻UHMWPE纖維束制成的。超高分子量聚乙烯纖維的拉伸強度與拉伸模量極大，具有很高的化學穩(wěn)定性，對海水腐蝕的耐受性好，還具有較大疏水性，能夠防止海洋中微生物的附著等特點;同時 UHMWPE 纖維的密度小于海水密度，可以浮于海面上，所以這種纖維材料非常適合在海洋環(huán)境下作為纜繩使用;可以用作捕撈漁網(wǎng)，釣魚線，聲吶拖繩等。UHMWPE 纖維還可以編織成船帆，或者船舶蒙布等。這些產(chǎn)品由超高分子量聚乙烯纖維制成，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）光纜的應(yīng)用解決了鋼絲繩在生銹、腐蝕、水解反應(yīng)、紫外溶解等情況下需要經(jīng)常更換的問題。

2.2 防護織造制品的應(yīng)用

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維安全防護紡織品具有良好的抗激光切割、抗刺穿和抗鏈輪齒性能。超高分子量聚乙烯纖維可以替代芳綸作為防彈衣等防護裝備的材料，有效減輕裝備質(zhì)量，提高防護性能?？梢杂糜谲娪醚b備的材料，如防暴護具、雷達罩布、軍用飛機組成材料等，同樣能獲得較高的性能，而減輕裝備相當一部分質(zhì)量。防止織物切割的主要是針織品。首先選擇氨綸和超高分子量聚乙烯纖維，然后選擇聚酯、尼龍、玻璃纖維和鐵絲中的一種或多種，然后覆蓋一次或兩次。該產(chǎn)品通常具有不同的防割結(jié)構(gòu)，經(jīng)織造和后續(xù)加工后成為防割產(chǎn)品。這些產(chǎn)品主要用于保護警察、拳擊手和伐木工人。防刺產(chǎn)品主要是無紡布和機織物。根據(jù)要求和要求，有的可以直接層壓，有的是復合材料。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維優(yōu)異的抗剪強度和抗刺強度與其他纖維幾乎不可比擬。

2.3 防彈UD復合材料的應(yīng)用

將超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維捆扎、攤鋪、涂膠、干/熱壓制成UD（單向）布。當UD織物以[00/900]1或[00/900]2或其他角度復合后，可以制備UD復合材料的基本單元層。只需將基本單元層直接折成柔軟的防彈材料，熱壓后再折成堅硬的防彈材料即可[2]。當然，不同的層會產(chǎn)生不同的防彈效果。因此，應(yīng)通過實驗確定不同的防彈等級。軟質(zhì)防彈材料主要用于防彈衣、防彈毯等需要柔軟的地方;硬質(zhì)防彈材料主要用于防彈帽、防彈板、防彈套等需要高防彈或形狀的地方。

2.4 運動器材的應(yīng)用

類似于碳纖維，尼龍纖維等高強度高分子纖維，UHMWPE纖維同樣可以應(yīng)用于民用運動器材當中。另外，由于 UHMWPE 纖維成本較低，相比碳纖維更具有價格優(yōu)勢。UHMWPE 纖維可用作生產(chǎn)釣魚竿，釣魚線，標槍，羽毛球拍，沖浪板，雪橇，籃球網(wǎng)，足球網(wǎng)，自行車，摩托艇，賽艇，賽車，帆船等。

2.5 醫(yī)學方面的應(yīng)用

UHMWPE 纖維及其復合材料，由于具有較好的耐久性、生物相容性、穩(wěn)定性的特點，并且不容易引起過敏，在醫(yī)用手套、醫(yī)療器械、整形縫合線、移植物及牙托材料領(lǐng)域使用廣泛。

3 總結(jié)

經(jīng)過幾代高科技材料在中國的探索，超高分子量聚乙烯纖維最終被納入中國的知識產(chǎn)權(quán)。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維由于其優(yōu)異的性能而在纖維領(lǐng)域中處于不可戰(zhàn)勝的地位，并已廣泛應(yīng)用于中國的國防，醫(yī)療，航空，航天，航海等領(lǐng)域。

參考文獻：

[1]孫山峰，代士維，徐紹魁.超高分子量聚乙烯纖維的性能與應(yīng)用[J].當代化工研究，2019（07）：97-98.

[2]何正洋，潘志娟.超高分子量聚乙烯纖維的結(jié)構(gòu)與性能[J].現(xiàn)代絲綢科學與技術(shù)，2018，33（04）：5-7.

作者簡介：

劉佳（1988- ），男，漢族，四川宜賓人，大學本科，四川省宜賓普什建材有限責任公司管件車間主任，養(yǎng)就放心：主要從事聚乙烯材料、聚丙烯材料的加工。