超高分子量聚乙烯的性質(zhì)及應(yīng)用概述目錄TOC\o"1-3"\h\u18481超高分子量聚乙烯的性質(zhì)及應(yīng)用概述 148251.1超高分子量聚乙烯的結(jié)構(gòu) 1241221.2超高分子量聚乙烯的性能 1317991.3超高分子量聚乙烯纖維的制備 2233781.4超高分子量聚乙烯的應(yīng)用 31.1超高分子量聚乙烯的結(jié)構(gòu)超高分子量聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)單元為CH2-CH2[6]。由于超高分子量聚乙烯分子鏈朝著同一方向排列，因此超高分子量聚乙烯是線(xiàn)性結(jié)構(gòu)的材料；在分子結(jié)構(gòu)中，碳鏈骨架呈鋸齒狀，氫原子和碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合。超高分子量聚乙烯同時(shí)也是一種典型的半結(jié)晶材料，因?yàn)樗薪Y(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)[7]。在結(jié)晶區(qū)中，分子鏈排列較為規(guī)則，不容易流動(dòng)；但在非結(jié)晶區(qū)中，分子鏈呈無(wú)規(guī)則團(tuán)狀，有較強(qiáng)的流動(dòng)性。超高分子量聚乙烯的分子鏈、分子結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。圖1-4超高分子量聚乙烯的分子分子鏈、分子結(jié)構(gòu)圖(a)分子結(jié)構(gòu)(b)分子鏈圖[8]1.2超高分子量聚乙烯的性能超高分子量聚乙烯具有普通聚乙烯無(wú)法比擬的物理化學(xué)性能如優(yōu)良的耐磨性、抗沖擊性、耐腐蝕性等[9-10]。因其具有非常高的相對(duì)分子質(zhì)量，相對(duì)分子量可超過(guò)150萬(wàn)以上。（1）耐磨性一般來(lái)說(shuō)材料的模量越大，耐磨性越差，但是因?yàn)槌叻肿恿烤垡蚁┑哪Σ料禂?shù)較低，所以其耐磨性會(huì)隨著模量的增大而增大[11]。超高分子量聚乙烯纖維的耐磨性居世界三大高科技纖維之最?？箾_擊性能與普通材料相比，超高分子量聚乙烯具的抗沖擊強(qiáng)度較強(qiáng)。由圖1-5可以看出，超高分子量聚乙烯纖維的強(qiáng)度是芳綸纖維的1.5倍，是高強(qiáng)碳纖維的1.6倍，與高模碳纖維和E玻璃纖維相比，超高分子量聚乙烯纖維的強(qiáng)度要高出2倍多，且強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼纖維[12]。圖1-5超高分子量聚乙烯纖維與其他常見(jiàn)纖維強(qiáng)度對(duì)比圖耐腐蝕性研究表明，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿以及有機(jī)溶劑等對(duì)超高分子量聚乙烯的強(qiáng)度沒(méi)有影響[13]。這是由于超高分子量聚乙烯的結(jié)晶度和取向度較高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密、沒(méi)有側(cè)鏈極性基團(tuán)，所以超高分子量聚乙烯擁有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)不能夠?qū)⑵涓g。耐紫外性在經(jīng)過(guò)1500h日曬后，超高分子量聚乙烯的強(qiáng)度仍然高達(dá)80%，由此可見(jiàn)超高分子量聚乙烯具有優(yōu)異的耐紫外性和耐候性[14]。1.3超高分子量聚乙烯纖維的制備自19世紀(jì)70年代，超高分子量聚乙烯材料的制備工藝不斷發(fā)展和改進(jìn)，先后經(jīng)歷了高壓固態(tài)擠出法、增塑熔融紡絲法、凍膠紡絲－超倍拉伸等方法。目前工業(yè)化較為成熟的工藝為凍膠紡絲－超倍拉伸法［15-17］。原料＋溶劑超高分子量聚乙烯＋小分子烷烴（原料＋溶劑超高分子量聚乙烯＋小分子烷烴（溶脹、溶解，分子鏈纏結(jié)）超高分子量聚乙烯纖維抗氧化劑抗氧化劑雙螺桿擠出機(jī)雙螺桿擠出機(jī)初生纖維（模量、強(qiáng)度較低）初生纖維（模量、強(qiáng)度較低）干燥、萃取干燥、萃取超高分子量聚乙烯纖維超倍熱拉伸超高分子量聚乙烯纖維超倍熱拉伸（結(jié)晶度和取向度增加，分子由折疊鏈變成伸直鏈）1.4超高分子量聚乙烯的應(yīng)用由于超高分子量聚乙烯擁有許多優(yōu)異性能，在發(fā)揮相同作用的產(chǎn)品中，超高分子量聚乙烯制品的使用壽命最長(zhǎng)，提高了性?xún)r(jià)比，因此在各領(lǐng)域中都能看到超高分子量聚乙烯的身影。目前，國(guó)內(nèi)外UHMWPE纖維主要應(yīng)用在防護(hù)材料、繩纜及網(wǎng)類(lèi)領(lǐng)域，其中防護(hù)材料約占61%的市場(chǎng)份額，繩纜約占33%[18]。民用紡織服裝領(lǐng)域也逐漸出現(xiàn)了超高分子量聚乙烯纖維的身影。據(jù)報(bào)道DSM公司Dyneema纖維已用于織造牛仔布等面料，產(chǎn)品耐磨性和抗撕破強(qiáng)度等大幅提升[19-20]。超高分子量聚乙烯的應(yīng)用領(lǐng)域如表1-1所示。表1-2超高分子量聚乙烯的應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品舉例安全防護(hù)建筑安全網(wǎng)、施工吊繩、安全帶、安全帽、逃生繩索國(guó)防軍工防彈衣、防彈頭盔、防雷靴、防爆毯、防割手套、戰(zhàn)地帳篷醫(yī)療設(shè)備人工關(guān)節(jié)、牙托材料、整形縫合線(xiàn)、醫(yī)用移植物海洋漁業(yè)養(yǎng)殖網(wǎng)、浮標(biāo)部件、固定錨繩、捕撈托網(wǎng)、攔