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应用领域

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中国是化纤大国,但不是化纤强国,据专家介绍和有关部门统计,中国的高性能特种纤维的产量仅为世界产量的百分之一。当今世界三大高性能纤维是:碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶,目前中国由于技术问题芳纶仅有小量生产;碳纤维尚处在试验和初级生产阶段,产品只能应用在耐磨填料等领域;超高分子量聚乙烯纤维已突破关键性生产技术,具备规模化生产条件。据报道,美国超高分子量聚乙烯纤维70%用于防弹衣、防弹头盔、军用设施和设备的防弹装甲、航空航天等军事领域,而我国在军事方面的应用基本上为零,而高性能纤维的发展是一个国家综合实力的体现,是建设现代化强国的重要物资基础,为此,从国家利益出发大力支持与加速发展我国的超高分子量聚乙烯纤维的生产与应用尤显迫切。

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超高分子量聚乙烯纤维的特殊性能:

超高分子量聚乙烯纤维(英文全称:Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber,简称UHMWPE),又称高强高模聚乙烯纤维,是目前世界上比强度和比模量最高的纤维,其特殊性能为:

1、高比强度,高比模量。比强度是同等截面钢丝的十多倍,比模量仅次于特级碳纤维。

2、纤维密度低,密度是0.97g/cm3,可浮于水面。

3、断裂伸长低、断裂功大,具有很强的吸收能量的能力,因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。

4、抗紫外线辐射,防中子和γ射线,比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。

5、耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。

行业应用

主要特种纤维的性能

行业应用

在溶剂中浸泡六个月后强度保持率

行业应用

几种高性能纤维的加工性能比较 

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超高分子量聚乙烯纤维的应用前景

由于超高分子量聚乙烯纤维具有众多的优异特性,它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。

1、国防军需装备方面:由于该纤维的耐冲击性能好,比能量吸收大,在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料,如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣、盾牌等,其中以防弹衣的应用最为引人注目。它具有轻柔的优点,防弹效果优于芳纶,现已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维。另外,超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比弹击载荷值U/p是钢的10倍,是玻璃纤维和芳纶的2倍多。国外用该纤维增强的树脂复合材料制成的防弹、防暴头盔已成为钢盔和芳纶增强的复合材料头盔的替代品。


2、航空航天方面的应用:在航天工程中,由于该纤维复合材料轻质高强和抗冲击性能好,适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。该纤维也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索,取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索,其发展速度异常迅速。

3、民用方面:

(1)绳索、缆绳方面的应用:用该纤维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程,是该纤维的最初用途。普遍用于负力绳索、重载绳索、救捞绳、拖拽绳、帆船索和钓鱼线等。该纤维制成的绳索,在自重下的断裂长度是钢绳的8倍,是芳纶的2倍。该绳索用于超级油轮、海洋操作平台、灯塔等的固定锚绳,解决了以往使用钢缆遇到的锈蚀和尼龙、聚酯缆绳遇到的腐蚀、水解、紫外降解等引起缆绳强度降低和断裂,需经常进行更换的问题。


(2)体育器材用品: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,其性能较传统材料为好。

(3)用作生物材料:该纤维增强复合材料用于牙托材料、医用移植物和整形缝合等方面,它的生物相容性和耐久性都较好,并具有高的稳定性,不会引起过敏,已作临床应用。还用于医用手套和其他医疗措施等方面。 

(4)工业上,该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;建筑方面可以用作墙体、隔板结构等,用它作增强水泥复合材料可以改善水泥的韧度,提高其抗冲击性能。


中国超高分子量聚乙烯纤维研发和产业化情况

我国自90年代末开始超高分子量聚乙烯纤维生产工艺和装备的研究以及中试生产,江苏神鹤科技发展有限公司、盐城超强高分子材料工程技术研究所先后加入研发行列,主要致力于成套装备的技术研发和设备制造及成套技术产业化,并取得了一系列重大理论与实践的突破。随即一些企业投入中试及小规模工业化生产,至今经过不懈努力其纤维性能已经达到国际水平并具有各自的特色,部分进入规模化生产阶段。目前国内有北京同益中特种纤维技术开发有限公司、湖南中泰特种装备有限责任公司、宁波大成新材料股份有限公司、山东爱地高分子材料有限公司等十多个厂家生产超高分子量聚乙烯纤维。由于他们所采取工艺方式和设备路线不尽相同,导致产品质量和单机产量差距较大。但大多数生产厂家的纤维质量已达到国外先进水平,完全能满足国内外的高端市场。也有一部分生产厂商由于采用的工艺和装备技术落后和不完善,致使纤维质量低劣,生产状况极不正常。近期,有些非专业厂家不顾对江苏神鹤科技发展有限公司造成侵权的严重后果,对外进行不实虚假宣传(甚至连网页宣传的内容都是抄袭他人的),使个别厂家上当受骗,造成了严重的经济损失,提醒项目投资者要高度重视(该项目的工艺难度和装备要求是相当高的)。 

目前,国内90%以上的纤维生产厂家的工程技术和装备都来源于江苏神鹤科技发展有限公司,所有生产装置运行稳定、设计环保、单机产能高且自控水平较好,从投料到成丝卷绕整个过程连续化生产,生产辅料全部回收,产品质量稳定。

提高单机产量,实现规模化生产,以技术进步带动产业升级,使我国超高分子量聚乙烯纤维的制备技术和装备水平达到国际先进水平,将是该产品在我国的发展方向和要求。目前,江苏神鹤科技发展有限公司、盐城超强高分子材料工程技术研究所和东华大学正联合研究开发新一代产量高、质量好的工艺和装备技术。为此,国家在“十一五”和“十二五”规划中重点将超高分子量聚乙烯纤维产业化研发列为纺织行业重点突破的28项关键技术之首位,并要求“要对国内已有基础的新一代超高强高模聚乙烯等应用技术深化研究,实现产业升级”。