超高分子量聚乙烯纤维的教案

　　超高分子量聚乙烯纤维
　　教学目的
　　和要求
　　了解超高分子量聚乙烯纤维发展历史；掌握超高分子量聚合物的凝胶纺丝机理及超高分
　　子量聚乙烯纤维的制备方法；掌握超高分子量聚乙烯纤维的结构与性能。
　　教学的重
　　点和难点
　　超高分子量聚乙烯的凝胶纺丝机理及超高分子量聚乙烯纤维的制备方法
　　教学手段说
　　明
　　多媒体手段上课
　　参考资料 《高科技纤维概论》，第十二章，p377－396
　　布置作业 掌握本课内容；预习下节课讨论内容：超高分子量聚乙烯纤维的改性及应用。
　　备    注
　　教学过程：
　　第一节 超高分子量聚乙烯纤维的发展历史
　　关于高强高模聚乙烯纤维的基础理论，早在30 年代就有人提出过，然而真正制得超高分子量聚乙烯纤
　　维，在技术上取得重大突破的是凝胶纺丝法和增塑纺丝法。荷兰 DSM 公司对所有这些有工业化实用价值
　　的方法进行了系列探讨，于1975 年开始投入研发，Pennings 教授的界面结晶生长法和P.Smith, Lemstra 的
　　凝胶法予以充分的支持，1979 年申请了第一份关于凝胶纺丝法 (Gel spinning) 制备超高分子量聚乙烯纤维
　　的专利，1980 年获得公开，1981 年授权。经过十年的努力研究，证实凝胶纺丝法是制造高强力聚乙烯的有
　　效方法，具有工业化前途。高强力聚乙烯纤维具有优异的性能和广泛的用途，由于其原材料取得容易，生
　　产成本低廉，立即引起世界工业强国的注意。
　　这种纤维的商品化生产始于1990 年，由DSM的黑尔伦（Heerlen）工厂首先生产出第一批产品，商品
　　名＂迪尼玛＂（Dyneema）。工厂的能耗相对较低，生产过程不使用有害化学物质，产品具有可回收性，
　　因此符合时代对环境保护的要求，引起了许多公司的极大兴趣。在远东，东洋纺首先与 DSM 公司签署了
　　在日本合作生产该纤维的协议；在美国，联合信号公司获得了DSM的专利使用权，并将DSM的十氢萘溶
　　剂改为自创的矿物油溶剂，开发了自己的专利，商品名＂斯贝克特拉＂（Spectra）。1983 年日本三井石化
　　公司采用凝胶挤压超拉伸法生产的 UHMWPE 纤维，所用溶剂为石蜡，聚合物浓度高达 20%~40%，但残余石
　　蜡不易除净，纤维蠕变相对较大，近年来有一定改进，商品名＂泰克米纶＂（Tekmilon）。
　　其它正在研究开发的`制法还有：
　　① 纤维状结晶生长法；
　　② 单结晶超拉伸法；
　　③ 处理聚合物的超拉伸法；
　　④ 局部交联拉伸法等。
　　除④外其余皆使用 UHMWPE(M
　　)，但目前已工业化的全采用凝胶纺丝——超拉伸工艺。我国也
　　采用不同溶剂体系的类似工艺技术，并实现了中试试生产。
　　第二节 超高分子量聚乙烯纤维的制备
　　UHMWPE纤维是选用高相对分子质量聚乙烯为原料来制备的。PE纤维为完全柔性链纤维，遵从纤维高
　　强化原理，人们研究出许多制备超高分子质量聚乙烯的方法。1970年代以来，国际上先后出现了高压固态
　　挤出法、增塑熔融纺丝法、表面结晶生 长法、超拉伸或局部超拉伸法、凝胶纺丝—热拉伸法等几种UHMWPE
　　纤维的制备技术。其中凝胶纺丝—热拉伸法已成为相对成熟的工业化生产的技术。
　　⑴ 高压固态挤出法
　　将一定相对分子质量的聚乙烯置于挤出装置内加热熔融，并以每平方厘米几千公斤的压力将聚乙烯熔
　　体从锥形喷孔挤出，随即进行高倍拉伸，在高剪切力和拉伸张力的作用下，使UHMWPE大分子链充分伸展，
　　以此来提高纤维的强度。但由于在固相取向过程中难于形成贯穿于结晶问的分子链束，因而限制了纤维的
　　高度拉伸，纤维强度也相应受到限制，因而该种方法难于实现工业化生产。