超高分子量聚乙烯纤维(简称UHMWPE纤维),又叫高强PE纤维,其分子量在150万至800万之间,是普通纤维的数十倍,这也是它名字的由来。UHMWPE纤维是当今世界三大高科技纤维之一,也是世界上最坚韧的纤维,其强度是钢铁的15倍,比碳纤维和芳纶1414还要高2倍,是目前制造防弹衣的主要材料。
UHMWPE纤维
UHMWPE纤维具有无可比拟的性能优势,目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能,有“塑料之王”之美誉。UHMWPE纤维质轻,密度只有0.97g/cm3,具有很强的化学惰性,强酸碱溶液及有机溶剂对其强度没有任何影响。而且具有极好的耐气候老化性,抗紫外线,经过日晒1500小时后,纤维强度保持率仍然高达80%。在液氦温度(-269℃)下仍具有延展性,在液氮中(—195℃)能保持优异的冲击强度,这一特性也是其它塑料望尘莫及的。另外,UHMWPE纤维的耐磨耐弯曲性能、张力疲劳性能也是现有高性能纤维中最强的,具有突出的抗冲击和抗切割韧性。一根只有头发四分之一粗的UHMWPE纤维,用剪刀基本剪不断。与其它工程塑料相比,主要存在耐热性、刚度和硬度偏低等不足,但可以通过“填充”和“交联”等方法来改善。
关于超高分子量聚乙烯纤维的基础理论,早在上世纪30年代就有人提出过。然而,真正在技术上取得重大突破的是凝胶纺丝法和增塑纺丝法。上世纪70年代,英国利兹大学首先研制成功分子量为10万的高分子量聚乙烯纤维,1975年荷兰帝斯曼公司利用十氢萘做溶剂发明了凝胶纺丝法,成功制备出了UHMWPE纤维,并于1979年申请了专利。此后经过十年的努力研究,证实凝胶纺丝法是制造高强聚乙烯纤维的有效方法,具有工业化前途,而且其原材料取得容易,生产成本低廉,UHMWPE纤维立即引起世界工业强国的注意。
由于UHMWPE纤维具有众多的优异特性,在高性能纤维市场上,包括从海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方面均显示出极大的优势,在现代化战争和航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用,尤其在军事领域的应用尤为突出。在航天工程中,由于UHMWPE纤维复合材料质轻、强度高和抗冲击性能好,适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构、浮标飞机、减速降落伞等。在民用领域,用UHMWPE纤维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程,在自重下的断裂长度是钢绳的8倍,是芳纶的2倍。在工业应用中,UHMWPE纤维及其复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板等。在体育用品上已经制成安全帽、滑雪板、帆轮板、钓竿、球拍及自行车、滑翔板、超轻量飞机零部件等,其性能优于传统材料。在医学方面,用于牙托材料、医用移植物和整形缝合等领域,已作临床应用。
目前,我国国产UHMWPE纤维的强度已经达到荷兰最高等级产品的水平,而成本要远低于荷、美、日的同类产品。UHMWPE防弹衣技术指标在同类产品中达到了国际先进水平,其中最高规格的防弹衣可以挡住机枪子弹在7米距离射击,而这个距离的机枪杀伤力可以击穿20mm厚的钢板。另外,国家在“十一五”《纺织工业科技进步发展纲要》中重点将UHMWPE纤维产业化研发列为纺织行业重点突破的28项关键技术之首。未来,随着超高分子量聚乙烯纤维在我国实现规模化工业生产,以及生产成本和产品价格的下降,必将迅速带动中国在其国防和民用应用领域的研究和发展,尤其是在民用领域(绳缆、远洋渔网、海上养殖、劳动防护类),应用范围将不断扩展,社会惠及面越来越广,市场需求保持旺盛增长。