超高分子量聚乙烯纖維的教案

超高分子量聚乙烯纖維的教案

　　超高分子量聚乙烯纖維

　　教學目的

　　和要求

　　瞭解超高分子量聚乙烯纖維發展歷史；掌握超高分子量聚合物的凝膠紡絲機理及超高分

　　子量聚乙烯纖維的製備方法；掌握超高分子量聚乙烯纖維的結構與效能。

　　教學的重

　　點和難點

　　超高分子量聚乙烯的凝膠紡絲機理及超高分子量聚乙烯纖維的製備方法

　　教學手段說

　　明

　　多媒體手段上課

　　參考資料  《高科技纖維概論》，第十二章，p377－396

　　佈置作業  掌握本課內容；預習下節課討論內容：超高分子量聚乙烯纖維的改性及應用。

　　備        注

　　教學過程：

　　第一節  超高分子量聚乙烯纖維的發展歷史

　　關於高強高模聚乙烯纖維的基礎理論，早在30 年代就有人提出過，然而真正製得超高分子量聚乙烯纖

　　維，在技術上取得重大突破的是凝膠紡絲法和增塑紡絲法。荷蘭 DSM 公司對所有這些有工業化實用價值

　　的方法進行了系列探討，於1975 年開始投入研發，Pennings 教授的介面結晶生長法和P.Smith,  Lemstra 的

　　凝膠法予以充分的支援，1979 年申請了第一份關於凝膠紡絲法 (Gel spinning)  製備超高分子量聚乙烯纖維

　　的專利，1980 年獲得公開，1981 年授權。經過十年的努力研究，證實凝膠紡絲法是製造高強力聚乙烯的有

　　效方法，具有工業化前途。高強力聚乙烯纖維具有優異的效能和廣泛的用途，由於其原材料取得容易，生

　　產成本低廉，立即引起世界工業強國的注意。

　　這種纖維的商品化生產始於1990 年，由DSM的黑爾倫（Heerlen）工廠首先生產出第一批產品，商品

　　名“迪尼瑪”（Dyneema）。工廠的能耗相對較低，生產過程不使用有害化學物質，產品具有可回收性，

　　因此符合時代對環境保護的要求，引起了許多公司的極大興趣。在遠東，東洋紡首先與 DSM 公司簽署了

　　在日本合作生產該纖維的協議；在美國，聯合訊號公司獲得了DSM的專利使用權，並將DSM的十氫萘溶

　　劑改為自創的'礦物油溶劑，開發了自己的專利，商品名“斯貝克特拉”（Spectra）。1983 年日本三井石化

　　公司採用凝膠擠壓超拉伸法生產的 UHMWPE 纖維，所用溶劑為石蠟，聚合物濃度高達 20%~40%，但殘餘石

　　蠟不易除淨，纖維蠕變相對較大，近年來有一定改進，商品名“泰克米綸”（Tekmilon）。

　　其它正在研究開發的製法還有：

　　①  纖維狀結晶生長法；

　　②  單結晶超拉伸法；

　　③  處理聚合物的超拉伸法；

　　④  區域性交聯拉伸法等。

　　除④外其餘皆使用 UHMWPE(M

　　)，但目前已工業化的全採用凝膠紡絲——超拉伸工藝。我國也

　　採用不同溶劑體系的類似工藝技術，並實現了中試試生產。

　　第二節 超高分子量聚乙烯纖維的製備

　　UHMWPE纖維是選用高相對分子質量聚乙烯為原料來製備的。PE纖維為完全柔性鏈纖維，遵從纖維高

　　強化原理，人們研究出許多製備超高分子質量聚乙烯的方法。1970年代以來，國際上先後出現了高壓固態

　　擠出法、增塑熔融紡絲法、表面結晶生 長法、超拉伸或區域性超拉伸法、凝膠紡絲—熱拉伸法等幾種UHMWPE

　　纖維的製備技術。其中凝膠紡絲—熱拉伸法已成為相對成熟的工業化生產的技術。

　　⑴  高壓固態擠出法

　　將一定相對分子質量的聚乙烯置於擠出裝置內加熱熔融，並以每平方釐米幾千公斤的壓力將聚乙烯熔

　　體從錐形噴孔擠出，隨即進行高倍拉伸，在高剪下力和拉伸張力的作用下，使UHMWPE大分子鏈充分伸展，

　　以此來提高纖維的強度。但由於在固相取向過程中難於形成貫穿於結晶問的分子鏈束，因而限制了纖維的

　　高度拉伸，纖維強度也相應受到限制，因而該種方法難於實現工業化生產。