超高强度聚乙烯纤维Dyneema

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1、国外化纤技术超高强度聚乙烯纤维Dyneema⑩大田康雄聚乙烯是通用高分子之一，一次结构简单，理表2聚乙烯高强度化的研究记截方法年度报导者论上将分子集合体做成伸直链结构，就可预测其固相挤出法1970Poter高性能。70年代用齐格勒一纳塔催化剂可聚合得到库爱特表面成长法1973Pennings区域拉仲法1974木方赢线性非常良好、相对分子质量超过100万的超高模餐(--重)拉伸法J979War(】相对分子质量聚乙烯。采用本文所述的“凝胶纺丝表面成长法1979KeUer凝胶纺丝法1979Smith法”，经

2、10年努力，将聚乙烯这种通用柔性高分子凝胶轧压法1983太田制成超过芳香族聚酰胺纤维的超纤维。这也是将超单晶片挤压法1983金元凝胶膜热拉伸法1984松生高相对分子质量聚合物的聚合技术和革新纺丝技术纯聚合物法1987Smith相结合而制成的最新材料。本文简单介绍了凝胶纺反应器粉状两段拉伸法l987金元丝发明经过，凝胶纺丝法进一步工业化的技术关分子取得高强度纤维的基本概念是，从柔性高分子键，以及由此开发的Dyneema⑥的性能和最新应用在溶液状态的热力学稳定的无序线团状态，如何转实例。变为缺陷少的伸直链

3、(结晶)结构。1．1表面成长法1聚乙烯纤维高强度化的历史超高强度聚乙烯纤维的开发来自荷兰Pennings从高分子一次结构(分子链在纤维长度方向研发的“表面成长法”。将超高相对分子质量聚乙基本上完全整齐排列的理想结构)可以推定纤维的烯(相对分子质量100万以上)的对二甲苯的半稀极限特性。简单计算分子链理论强度的方法是，分溶液量分数0．4％～0，6％)，配置在如图1所示子链上c—c原子之间共价键力除以分子链截面的双圆筒容器中，使内侧圆筒旋转，看到在其表面积。至于弹性模量的最大值是，假定纤维为100％折出纤

4、维状结晶，引出前端的丝制成连续的纤维。结晶理想结构时的结晶弹性模量(可由理论及试验制得的纤维状物质与温度、浓度、拉伸速度等有求出)。聚乙烯的理论强度及弹性模量比其它柔性关。据研究资料称，可取得高强度(2．6GPa)、高高分子高，如表1所示。从这一情况来看，聚乙烯弹性模量(100GPa)、结晶度很高的、有伸直链分子早已是高强度化的研究对象，研究人员已提出过各结构的纤维。种研究方法，见表2。表1各种聚合物的理论拉伸强度和弹性模最聚合物理沦强度，结晶弹性模结晶密度／熔点／~CGPa量／GPa(g·em。)聚

5、乙烯3224O1．Ol141聚丙烯18340．94176聚乙烯醇272551-35244尼龙632142I．23220聚对苯二甲酸28125I．52265乙二酯如表1所示，聚乙烯具有高的理论强度和弹性模量，原因在于：(1)重复单元是平面锯齿形结构，一根分子链所占截面积小；(2)可有伸直链图1表面成长法装置示意图结构，一次结构的变形自由度仅依懒于c—c链的从工业化试验来看，纤维状物质的粗细和物性变角，且应变量小。因而，由聚乙烯那样的柔性高变化大，不稳定，生产速度也很慢盼钟数厘米)，合成纤维Synthet

6、icFiberinChina2011年第4O卷第12期最后放弃了研究。但是后来的凝胶纺丝法就利用了1．3工业化凝胶纺丝法其半稀溶液的想法。初期的凝胶纺丝法和工业化凝胶纺丝法的概1．2凝胶纺丝法念比较如图4所示。开始时，当溶液的质量分数为高强度聚乙烯的基本纺丝技术叫做“凝胶纺O．5％一1％、拉伸速度为1m／min时，生产效率非丝法”，1979年由荷兰DSM公司向世界提出专利常低，难以工业化生产。特别是对浓度c／比值申请。关于凝胶纺丝法的评述有很多，这里仅解说为2的半稀溶液，这是个关键点(图4b)，高过这

7、几点。凝胶纺丝法的基本概念如图2所示。超高相个浓度凝胶纺丝，从原来的观点认为必然导致纤维对分子质量柔l生链聚乙烯在溶液中，分子链呈扩展性能降低，特别是强度和弹性模量低下。另外，这状态，纺丝溶液的浓度达到半稀溶液时，纺丝，冷样的低浓度溶剂不能高效率回收，不可能满足工业却结晶，可取得理想的一个分子一个缠结的状态，化生产。东洋纺公司与DSM公司经过共同研究，制得拉伸性非常好的凝胶丝。在高温时，聚乙烯分在工艺上取得了技术突破，即使在高浓度、非常高子链间容易滑移，重新排列并可能结晶。因此凝胶的拉伸速度下，纤维特

8、性也能达到极限，从而成功丝加热时，平稳的高倍拉伸(超拉伸)可制得缺陷开发了低成本、高浓度的高强聚乙烯新工艺(图极少、分子高度取向，结晶度接近100％的高强4c)，实现了纤维的商业化。详细论述在其它报告度、高弹性模量纤维。东洋纺公司于1984年与中。从初期的“凝胶纺丝法”到“工业化凝胶纺丝DSM开始共同研发高强度聚乙烯纤维，东洋纺负法”改进要点汇总于表3中。责纺丝技术，DSM负责聚合物聚合技术。1989年在日本建厂进行工业化生产，次年在荷兰建厂。经薹量过2