簡(jiǎn)述
超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)又稱高性能聚乙烯纖維(HPPE纖維),是用相對(duì)分子質(zhì)量在1×106~5×106的聚乙烯所紡出的纖維,是繼碳纖維和芳綸之后的世界第三代高強(qiáng)、高模、高科技的高技術(shù)纖維。
性能特點(diǎn)
1. 物理性能:HPPE纖維是所有化學(xué)纖維中密度*小的(0.97g/cm3),**能夠漂浮在水面上的高性能纖維。是錦綸密度的2/3,是碳纖密度的1/2,復(fù)合材料比芳綸復(fù)合材料輕20%,比碳纖維復(fù)合材料輕30%。熔點(diǎn)低,小于160℃。2. 力學(xué)性能:HPPE纖維比強(qiáng)度是現(xiàn)有高性能纖維中*高的,比模量?jī)H比高模量碳纖維低,比拉伸強(qiáng)度3.09x105m是現(xiàn)有高性能纖維中*高的,比拉伸模量117.8x105m比高模量碳纖維低,但比芳綸纖維高得多。(見(jiàn)附表2)
3. 耐化學(xué)腐蝕性能:HPPE纖維具有耐化學(xué)試劑的腐蝕,能夠阻止水分子侵蝕,具備良好的耐溶劑性能
4. 耐沖擊性能和防彈性能:HPPE纖維是玻璃化溫度低的熱塑性纖維,韌性很好,在塑性變形過(guò)程中吸收能量,因此,具備良好的耐沖擊性能。耐沖擊強(qiáng)度高于芳綸,碳纖維和聚酯纖維,僅小于錦綸。防彈材料的防彈性能是以該材料對(duì)彈丸或碎片能量的吸收程度來(lái)衡量的。而防彈材料的能量吸收性是受材料的結(jié)構(gòu)和特性影響的。由于纖維的高模量、高韌性,使其具有相應(yīng)的高斷裂能和高的傳播聲速,防彈性能好。(見(jiàn)附表1)
材料 | 層數(shù) | 極限沖擊載荷(N) | 對(duì)應(yīng)的極限沖擊能量(J) | 總能量吸收 (J) | 破壞形態(tài) |
Spectra | 5 | 7356 | 99.3 | 114 | 不穿透 |
芳綸 | 5 | 1129 | 2.7 | 14 | 穿透 |
高模量碳纖 | 5 | 592 | 2.7 | 5 | 穿透 |
附表1:三種纖維防彈性能比較表
5. 耐磨性和耐彎曲性:HPPE纖維具有較低的摩擦系數(shù),因此,它具有比其他高性能纖維更加優(yōu)越的耐磨性能。該纖維的耐磨性能非常好,比碳鋼、黃鋼還耐磨數(shù)倍,是普通聚乙烯的數(shù)十倍以上,并且隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大,其耐磨性能還進(jìn)一步提高。
6. 抗蠕變性能:與常規(guī)纖維相比其具備杰出的抗蠕變性能。
7. 電絕緣性:HPPE纖維介電常數(shù)很小(DK :2.3 DF:4x10-4),適用于制造各種雷達(dá)罩。
8. 耐光性和耐高能輻射性能:HPPE纖維的耐光性是所有有機(jī)纖維中*好的。芳綸纖維不耐紫外線,使用時(shí)必須避免陽(yáng)光直接照射。
9. 耐切割性能:HPPE纖維具有良好的耐切割性,與Kevlar相當(dāng),可應(yīng)用于制作防切割工作服等。
10. 耐低溫和耐熱性能:HPPE纖維在液氦(-269℃)中仍具有延展性,在液氮(-195℃)中也能保持優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度,這一特性是其他合成纖維所沒(méi)有的,因而它能夠用作核工業(yè)的耐低溫部件。HPPE纖維的*高使用溫度為80~100℃。
主要應(yīng)用
HPPE纖維有眾多的優(yōu)異特性,它在高性能纖維市場(chǎng)上,包括從海上油田的系泊繩到高性能輕質(zhì)復(fù)合材料方面均顯示出極大的優(yōu)勢(shì),在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)和航空、航天、海域防御裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。
1. 繩纜索網(wǎng)線類
HPPE纖維具有比其他高強(qiáng)纖維更好的斷裂強(qiáng)度,兼具輕質(zhì)高強(qiáng)、柔曲性好、耐磨損、不吸水、絕緣線好的特點(diǎn)。常常應(yīng)用于船舶牽引繩、航空降落傘、飛機(jī)懸吊用繩索、高空氣球吊索以及漁網(wǎng)和釣具的應(yīng)用;
2. 軍工防護(hù)用品
應(yīng)用于軟質(zhì)防彈衣、防刺服、防彈板、防彈裝甲等,與芳綸、碳纖維防護(hù)用品,以及陶瓷、鋼鐵、合金防護(hù)用品相比,在保證防護(hù)性能的情況下大大降低防護(hù)制品的重量。例如,用于頭盔可減重400g左右,相當(dāng)于殼體重的30% ~40%,可大大減輕使用人員的負(fù)擔(dān)。另外,HPPE纖維可在-150℃下使用,已經(jīng)超出地球低溫極限,因此在高寒地區(qū),HPPE纖維產(chǎn)品是防護(hù)用品的**。
3. 航空航天
由于HPPE纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)和抗沖擊性能好,在航空航天工程中應(yīng)用廣泛,適用于各種飛機(jī)駕駛艙內(nèi)壁、飛機(jī)座艙防彈門、飛機(jī)的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)飛機(jī)等。以其制成的武裝直升機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)的殼體材料還具有優(yōu)異的防彈性能。
4. 體育器材用品
HPPE纖維可用于制作各類球拍、安全帽、滑雪板、帆板、釣竿、沖浪板、自行車骨架、安全防護(hù)罩和擊劍服等。由于HPPE纖維復(fù)合材料比強(qiáng)度、比剛度高,加之韌性和損傷容限好,因此制成的運(yùn)動(dòng)器械既輕又耐用。
5. 繩纜索網(wǎng)線類
HPPE纖維具有比其他高強(qiáng)纖維更好的斷裂強(qiáng)度,兼具輕質(zhì)高強(qiáng)、柔曲性好、耐磨損、不吸水、絕緣線好的特點(diǎn)。常常應(yīng)用于船舶牽引繩、航空降落傘、飛機(jī)懸吊用繩索、高空氣球吊索以及漁網(wǎng)和釣具的應(yīng)用
6. 紡織行業(yè)
HPPE纖維具有良好的紡織加工性能,故可以加工成二維機(jī)織物、針織物和非織造布。針織物主要用于防切割產(chǎn)品,機(jī)織物和非織造布主要用于防刺產(chǎn)品。根據(jù)使用要求,有些直接疊合使用,有些則制成復(fù)合材料使用。HPPE纖維也可以根據(jù)使用要求加工成三維織物,作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體。
7. 建筑材料
HPPE纖維可以替代鋼筋用于建筑材料,其復(fù)合材料可用作墻體、隔板結(jié)構(gòu)等。此外,由于HPPE纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、抗腐蝕、耐疲勞等特點(diǎn),優(yōu)于建筑鋼材,因此,在土木建筑工程結(jié)構(gòu)加固中采用此纖維復(fù)合材料比采用鋼板或其他傳統(tǒng)加固方法具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。
8、其他行業(yè)
由于HPPE纖維的介電常數(shù)低,介電損耗值低,電信號(hào)失真小,是制作高性能輕質(zhì)雷達(dá)罩的**材料,以其復(fù)合材料制成的各種類型的雷達(dá)罩可應(yīng)用于不同場(chǎng)合。
產(chǎn)品規(guī)格表
性能 | UHMWPE 纖維 (Spectra) | 芳綸 | 碳纖維 | S玻纖 | 高強(qiáng)度 聚酰胺 (PA66) | |||
900 | 1000 | 低模量 | 高模量 | 高強(qiáng)度 | 高模量 | |||
相對(duì)密度(g/cm3) | 0.97 | 0.97 | 1.44 | 1.44 | 1.81 | 1.81 | 2.5 | 1.14 |
拉伸強(qiáng)度(GPa) | 2.5 | 3.0 | 2.8 | 2.8 | 3.1 | 2.4 | 4.6 | 0.9 |
拉伸模量(GPa) | 117 | 172 | 62 | 124 | 228 | 379 | 90 | 6.0 |
纖維直徑(um) | 38 | 27 | 12 | 12 | 7 | 7 | 7 | ------ |
伸長(zhǎng)率(%) | 3.5 | 2.7 | 3.6 | 2.8 | 1.2 | 7 | 5.4 | 20.0 |
比強(qiáng)度(105m) | 2.58 | 3.09 | 1.94 | 1.94 | 1.72 | 1.33 | 1.84 | 0.79 |
比模量(105m) | 120.6 | 117.8 | 43.1 | 86.1 | 126.0 | 209.4 | 36 | 5.26 |
附表2:幾種高性能纖維的性能對(duì)比
系列分類 | 規(guī)格型號(hào) | 厚度mm | 幅寬cm | 產(chǎn)品特點(diǎn) | 應(yīng)用領(lǐng)域 |
機(jī)織布 | HPPE-200 | 0.20 | 100-150 | 高強(qiáng)度、高模量、耐磨、抗沖擊、耐化學(xué)腐蝕、耐低溫(-269℃)、耐紫外線、絕緣耐壓、耐張力疲勞、高透波性、幾乎不吸水、柔軟、輕質(zhì)、無(wú)毒。 | 國(guó)防軍工: 防彈頭盔、防彈插板、防彈衣、防彈盾牌、防刺服、雷達(dá)的防護(hù)外殼罩、導(dǎo)彈罩 航空航天: 飛機(jī)翼尖結(jié)構(gòu)、駕駛艙內(nèi)壁、著陸用降落傘 海洋領(lǐng)域: 船舶系留繩、遠(yuǎn)洋漁網(wǎng)、海上養(yǎng)殖網(wǎng)箱 體育器材: 安全帽、滑雪板、帆輪板、釣竿、球拍、自行車、滑翔板 建筑領(lǐng)域: 墻體/隔板結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)水泥復(fù)合材料、建材吊繩、建筑防護(hù)網(wǎng)、吊貨網(wǎng) 其他領(lǐng)域: 防割手套、傳送帶、汽車緩沖板、耐壓容器、超輕量飛機(jī)零部件、假肢 |
HPPE-250 | 0.25 | ||||
HPPE-400 | 0.40 | ||||
無(wú)緯布 | 2UD-HPPE-150 | 0.15 | |||
4UD-HPPE-300 | 0.30 | ||||
6UD-HPPE-450 | 0.45 | ||||
8UD-HPPE-600 | 0.60 | ||||
無(wú)紡布 | HPPE-NWF系列 | 0.2~1mm |
備注:以上僅為我司常用規(guī)格“部分型號(hào)”及其參數(shù),如需其他型號(hào)或有定制需求可向(FSD)商務(wù)人員咨詢
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