PE-UHMW纤维研究进展及市场现状.docx
《PE-UHMW纤维研究进展及市场现状.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PE-UHMW纤维研究进展及市场现状.docx(13页珍藏版)》请在第壹文秘上搜索。
1、PE-UHW纤维研究进展及市场现状简述了目前国内外超高分子量聚乙烯纤维(PE-UHMW)的主要制备技术,包括干法纺丝工艺、湿法纺丝工艺和熔融纺丝工艺。介绍了近年来PE-UHMW纤维表面的改性方法,主要有电晕放电改性、辐射接枝改性、等离子体处理改性、化学氧化改性和涂层改性。简介了PE-UHMW纤维在军事装备、安全防护、海洋渔业等领域的应用,简要分析了PETHMW纤维的国内外产能、市场情况及目前发展现状和存在的问题,并对我国PE-UHMW纤维未来发展方向进行展望。超高分子量聚乙烯(PE-UHW)纤维是由分子量100万以上的PE-UHMW树脂通过纺丝工艺制成的具有高结晶度和取向性的线型长链聚合物。P
2、E-UHMW纤维与其它三种高性能纤维的性能对比见表1,可以看出,PETHMW纤维的密度最低,拉伸强度和拉伸弹性模量最高分别可达3.8GPa和172GPa,仅次于碳纤维。自20世纪70年代问世以来,PE-UHMW纤维凭借着比强度高、耐磨损、耐化学腐蚀、耐冲击、耐低温及良好的生物相容性等优异性能,被广泛应用于国防军事装备、海洋渔业、医疗、建筑、体育器材等领域。表1PE-IIHMW纤维与其它三种高性能纤维的性能对比l项目PE-UHMW纤维碳纤维位纶对芳间位芳纶密度/(gCm-)0.971.81.44138拉伸强度/GPa2.63.83.57.02.7-330.550.66拉伸弹性模量/GPa87-1
3、722304607012013.8-16.6断裂伸长率/%3.50.5L42.4420-22分解温度/r1403700570430使用温度/rV902000250204目前,凝胶纺丝工艺是制备PE-UHW纤维的主要方法,市售的PE-UHMW纤维产品几乎全部由该法制得,其它工艺也有报道,但目前还未达到大规模工业化生产的条件。PE-UHMW纤维下游应用可概括为两个方向,一是制成无纬布或绳、网类制品,二是与树脂等基体制成性能优异的复合材料。然而PE-UHMW纤维分子链上的无极性基团在赋予纤维产品良好的力学性能的同时也造成其表面惰性大、粘结性能差、不易与树脂基体结合等缺陷。为解决上述问题,研究人员通过
4、电晕放电、辐射接枝、等离子体处理等方法对PE-UHMW纤维表面改性以改善其界面性能。笔者简要介绍了几种PE-UHW纤维的生产工艺,综述了近些年PEUH三纤维表面改性的研究进展和PE-UHMW纤维产品的市场现状。1、PE-UHMW生产工艺目前PE-UHMW纤维生产工艺主要有凝胶纺丝工艺和熔融纺丝工艺,工业化规模生产多采用前者,根据溶剂使用类型和脱除方式的不同,凝胶纺丝工艺有干法和湿法之分。1. 1.干法纺丝工艺干法纺丝工艺由荷兰帝斯曼公司开发,具体流程如下:首先将PE-UHMW树脂与高挥发性溶剂十氢蔡混合,通过挤出机高温混炼挤出,吹扫冷却脱除溶剂后形成无取向的凝胶原丝,再经过多次的超倍拉伸就可得
5、到高取向的超强PEUHW纤维成品。于斌等利用干法纺丝工艺,制备了黑色PETHMW纤维,并考察了双螺杆挤出工艺、预拉伸温度、后拉伸工艺参数等对纤维生产的影响。孙勇飞等以PE-UHMW纤维专用树脂为原料,采用干法纺丝工艺制备出高性能纤维产品,并发现随着拉伸倍率的增加,纤维的力学性能增大,但纤维光滑度和平整度下降。干法纺丝工艺具有流程短、纺丝速度快、过程稳定、经济性好的优势,纤维产品结晶度高、密度大、质地柔软。但该工艺使用的溶剂十氢秦价格昂贵且易挥发,对纺丝和溶剂回收等流程的设备要求较高,这也是目前制约干法纺丝工艺发展的重要原因之一。长期以来,干法纺丝工艺被荷兰帝斯曼公司和日本东洋纺公司垄断,我国于
6、1985年由中国纺织科学研究院领衔开始进行干法纺丝技术的攻关,20世纪末取得突破,并于2007年在中国石化仪征化纤公司实现工业化生产。近年来,上海化工研究院有限公司通过自主研发,在进料、拉伸、溶剂回收等环节进行技术创新,并完成干法纺丝工艺的中试线建设,得到强度高达38cNdtex以上的纤维产品。1.2. 湿法纺丝工艺湿法纺丝工艺流程与干法纺丝工艺基本一致,区别是将干法纺丝工艺使用的易挥发溶剂替换为白油、煤油等不易挥发的高沸点溶剂,溶剂脱除则采用萃取的方式,萃取剂通常为二甲苯、二氯甲烷等。Jian等探究了湿法纺丝工艺过程中的纺丝温度和凝胶溶液浓度对PE-UHMW纤维性能的影响,发现在最佳浓度下,
7、当纺丝温度达到150时,制备的初生纤维的临界拉伸比接近最大值。孙勇飞等考察了湿法纺丝工艺制备时纺丝温度、溶胀温度、螺杆转速对于PE-UHMW纤维强度的影响,通过设计正交试验,得到最佳的纺丝工艺参数为溶胀温度11oc,纺丝温度300,螺杆转速60rmin.王萍等对比了湿法纺丝工艺和干法纺丝工艺制得的PE-UHMW纤维产品的结构和性能方面的不同,结果表明,干法工艺制备的PE-UHMW纤维表面更为光滑、平整,且力学性能更好。由于采用高沸点纺丝溶剂,湿法纺丝工艺的纺丝加工温度具有更大的操作弹性,但同时由于萃取剂的使用,使湿法工艺面临较大的环保压力,两种工艺的详细对比见表2。湿法纺丝技术同样来源于帝斯曼
8、公司,1985年该技术出售给美国霍尼韦尔公司,目前国内外PEUHMW纤维的生产大多采用该技术,如日本三井化学公司、北京同益中新材料科技股份有限公司(简称北京同益中公司)、江苏九九久科技有限公司(简称江苏九九久公司)、湖南中泰特种装备有限责任公司(简称湖南中泰公司)等。表2PE-UHMW纤维干、湿纺丝工艺对比项目湿法干法流程长短纺丝速度慢快溶剂矿物油十氢秦(不易挥发、安全性高)(易挥发、安全性低)去溶剂萃取加热挥发回收方式间接回收直接回收回收系统庞大、复杂密闭性好、运行效率高代表企业美国霍尼韦尔公司、北京同益中公司荷兰帝斯曼公司我国湿法纺丝工艺的研发工作起步于20世纪80年代,由东华大学牵头,中
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PE UHMW 纤维 研究进展 市场 现状
