簡述
超高(gāo)分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)又稱高性能聚乙烯纖維(HPPE纖維),是用(yòng)相對分(fèn)子質量在1×106~5×106的聚乙烯所紡出的纖維,是繼碳纖維和芳綸之後的世界第三代高強、高模、高(gāo)科技的高技術纖維。
性(xìng)能特點
1. 物理性能:HPPE纖維是所有化學纖維(wéi)中密度*小的(0.97g/cm3),**能夠漂浮在水麵上的高性能纖維。是錦綸密度的2/3,是碳纖密度的1/2,複合材料比芳綸複合材料輕20%,比碳纖維複合材料輕30%。熔點低,小於(yú)160℃。2. 力學性能:HPPE纖維比強度是現有高性能纖維中*高的,比模量僅比高(gāo)模量碳纖維低,比拉伸強度3.09x105m是現有高性能纖維(wéi)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。(見附(fù)表2)
3. 耐化學腐蝕性能:HPPE纖維具有耐化學試劑的腐蝕,能夠(gòu)阻止(zhǐ)水分子侵蝕,具備良好的耐溶劑性能
4. 耐衝擊性(xìng)能和防彈性能:HPPE纖維是玻璃(lí)化溫度低的熱塑性纖(xiān)維,韌性很好,在塑性變形過程中吸收能量,因此,具(jù)備良好的耐(nài)衝(chōng)擊性(xìng)能。耐衝擊(jī)強度高於芳綸,碳纖維和聚酯纖維,僅小於錦綸。防彈材料的(de)防彈(dàn)性能是以該材料對彈丸或碎片(piàn)能量的吸收程度來衡量的。而防彈材料(liào)的(de)能量吸收性(xìng)是受材(cái)料的結構和(hé)特(tè)性影響的。由於纖維的高模量、高韌性,使其具有相應(yīng)的高(gāo)斷裂能和高的傳播聲速,防彈(dàn)性能好。(見附表1)
材料 | 層數 | 極限衝擊載(zǎi)荷(N) | 對應的極限衝擊能量(J) | 總能量吸收 (J) | 破壞形態 |
Spectra | 5 | 7356 | 99.3 | 114 | 不穿透 |
芳綸(lún) | 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(fáng)彈性能比較表
5. 耐磨性和耐彎曲(qǔ)性:HPPE纖維具有較低(dī)的摩擦係數,因此,它具有(yǒu)比其他高性能纖(xiān)維更加(jiā)優越的耐磨(mó)性能。該纖維的耐磨性能非常好,比碳鋼、黃鋼(gāng)還耐(nài)磨數倍,是普通聚乙烯的數十倍以上,並且隨著相對分子質量的增大,其耐磨性能還進一(yī)步(bù)提高。
6. 抗蠕變性能:與常規纖維相比其具備傑出的抗蠕變性能。
7. 電絕緣性:HPPE纖(xiān)維(wéi)介電常數很小(DK :2.3 DF:4x10-4),適用於(yú)製造各種雷達罩。
8. 耐光性和耐高能輻射性能:HPPE纖維的耐光性(xìng)是所有有機纖維(wéi)中*好的。芳綸纖維不耐紫外線(xiàn),使用時必須避免陽光直接照射。
9. 耐切割性能:HPPE纖維具有良好的耐切割性,與Kevlar相當,可應用於製作防切(qiē)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(yě)能保持優異的衝擊強度,這一特性是其他合成纖維(wéi)所沒有的(de),因而它能夠用(yòng)作核工業的耐低(dī)溫部件(jiàn)。HPPE纖維的(de)*高使用溫度(dù)為80~100℃。
主要應用
HPPE纖維有眾多的優異特性,它(tā)在(zài)高性能纖維市場(chǎng)上,包括從海上油田的係泊繩到高性能輕質複合材料方麵均(jun1)顯示出極(jí)大的優勢,在(zài)現代化戰爭和航空、航天、海域防禦(yù)裝備等領域發揮著舉足輕(qīng)重的(de)作用。
1. 繩纜索網線類
HPPE纖維具有比其(qí)他高強纖維更好的斷(duàn)裂強(qiáng)度,兼具輕質高強、柔曲性好、耐磨損、不吸水、絕緣線好的特點。常常應用於船舶牽引繩、航空降落(luò)傘、飛機懸吊用繩索、高(gāo)空氣球吊(diào)索以及漁網和釣具的應用;
2. 軍工防護(hù)用品
應用於軟質防彈衣、防刺服、防彈板、防彈裝甲等,與芳綸、碳纖維防護用品,以及陶瓷、鋼鐵、合金防護用品相比,在保證防護(hù)性能的情況(kuàng)下大大降(jiàng)低防護製(zhì)品的重量。例(lì)如,用於頭盔可減重400g左右,相當於殼體重的30% ~40%,可大大減輕使用人員的負擔。另外,HPPE纖(xiān)維可在-150℃下使用,已經超出地球低溫極限,因此在高寒地區,HPPE纖維產品(pǐn)是防護用品的**。
3. 航(háng)空航天
由於HPPE纖維複(fù)合材料輕質(zhì)高強和抗衝擊性能好,在航空航天工程中應用廣泛,適用於各種飛機駕駛艙內壁、飛機座艙防(fáng)彈門、飛機的翼(yì)尖結構、飛船(chuán)結構和浮標飛機等。以其製成的武裝直(zhí)升機和(hé)戰鬥機的殼體材料還具有(yǒu)優異的防彈(dàn)性能。
4. 體育器材用品
HPPE纖維可用於製作各類球拍、安全帽(mào)、滑雪板、帆板、釣竿、衝浪板、自行車骨架、安全防護罩和擊劍服等。由於HPPE纖維複合材料比強(qiáng)度、比剛度(dù)高,加之韌性和損傷容限好,因此製(zhì)成(chéng)的運動器械既輕又耐(nài)用。
5. 繩(shéng)纜索網線類
HPPE纖維具有比(bǐ)其他高強纖維更好的斷裂強度(dù),兼具輕質高強、柔曲性好(hǎo)、耐磨損、不吸(xī)水、絕緣線好的特點。常常應用於船舶牽引繩、航空降(jiàng)落傘、飛(fēi)機懸吊用繩索、高空(kōng)氣球吊索以及漁網(wǎng)和釣具的應用
6. 紡(fǎng)織行業
HPPE纖維具有良好的紡織加工性能,故可以加工成二維機織物(wù)、針織物和非織造布。針織物主要(yào)用於防切割產品,機(jī)織物和非織造布主要用於防刺(cì)產品(pǐn)。根據(jù)使用(yòng)要求,有些直接疊合使用,有些則製成複合(hé)材料(liào)使(shǐ)用。HPPE纖維也可以根(gēn)據使用要求加工成三(sān)維織物(wù),作為複合(hé)材料的增強(qiáng)體。
7. 建築材料
HPPE纖維可以替(tì)代鋼筋用於建築材料,其複(fù)合材料可用作牆體、隔板結(jié)構等。此外,由於(yú)HPPE纖維複合材料具有輕質、高強、抗腐蝕、耐(nài)疲勞等特點,優於建築鋼材,因此,在土木建築(zhù)工程結構加固中采用此纖維複合材料比采用鋼板(bǎn)或其他傳統加固方法具有非常明顯的優勢(shì)。
8、其他行業
由於HPPE纖維的介電常數低,介電損耗值低,電(diàn)信號失真小,是製作(zuò)高性能輕質(zhì)雷達罩的**材料,以其(qí)複合材(cái)料製成的各(gè)種(zhǒng)類型的雷達罩可應用於不同場合。
產品規格(gé)表
性能 | UHMWPE 纖維 (Spectra) | 芳綸 | 碳纖維 | S玻(bō)纖 | 高(gāo)強度 聚酰胺 (PA66) | |||
900 | 1000 | 低模量 | 高模量 | 高強度 | 高(gāo)模量(liàng) | |||
相對密度(g/cm3) | 0.97 | 0.97 | 1.44 | 1.44 | 1.81 | 1.81 | 2.5 | 1.14 |
拉伸強度(GPa) | 2.5 | 3.0 | 2.8 | 2.8 | 3.1 | 2.4 | 4.6 | 0.9 |
拉伸(shēn)模量(GPa) | 117 | 172 | 62 | 124 | 228 | 379 | 90 | 6.0 |
纖維直徑(um) | 38 | 27 | 12 | 12 | 7 | 7 | 7 | ------ |
伸長率(lǜ)(%) | 3.5 | 2.7 | 3.6 | 2.8 | 1.2 | 7 | 5.4 | 20.0 |
比強度(105m) | 2.58 | 3.09 | 1.94 | 1.94 | 1.72 | 1.33 | 1.84 | 0.79 |
比(bǐ)模量(liàng)(105m) | 120.6 | 117.8 | 43.1 | 86.1 | 126.0 | 209.4 | 36 | 5.26 |
附表2:幾種高性(xìng)能纖維的性能對比
係列分類 | 規格型(xíng)號(hào) | 厚度mm | 幅寬cm | 產品(pǐn)特點 | 應(yīng)用領域 |
機織布 | HPPE-200 | 0.20 | 100-150 | 高強度、高模量、耐磨、抗衝擊、耐化學腐蝕、耐低溫(-269℃)、耐紫外線、絕緣耐壓(yā)、耐(nài)張(zhāng)力疲勞、高透(tòu)波性、幾乎不吸水、柔軟、輕(qīng)質、無毒(dú)。 | 國防軍工: 防彈頭盔、防彈插板、防彈衣、防(fáng)彈盾牌、防刺(cì)服、雷達的防護外殼罩、導彈罩 航空航天: 飛機翼(yì)尖結構、駕駛艙內壁、著(zhe)陸用降落傘 海洋領域: 船舶係留繩、遠洋(yáng)漁網、海上養殖網箱 體育器材: 安全帽、滑雪板、帆輪板、釣(diào)竿、球拍、自行車、滑翔板 建築(zhù)領域: 牆體/隔板結構、增(zēng)強水泥複(fù)合材料、建材吊繩、建(jiàn)築防護網、吊貨網 其他領域: 防(fáng)割手套、傳送帶(dài)、汽車緩(huǎn)衝板、耐壓容器、超輕量飛機零部件、假肢 |
HPPE-250 | 0.25 | ||||
HPPE-400 | 0.40 | ||||
無緯布 | 2UD-HPPE-150 | 0.15 | |||
4UD-HPPE-300 | 0.30 | ||||
6UD-HPPE-450 | 0.45 | ||||
8UD-HPPE-600 | 0.60 | ||||
無紡布 | HPPE-NWF係列 | 0.2~1mm |
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