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(xué)目的

　　和要求

　　了解超高分子量聚乙烯纖維發(fā)展歷史；掌握超高分子量聚合物的凝膠紡絲機(jī)理及超高分

　　子量聚乙烯纖維的制備方法；掌握超高分子量聚乙烯纖維的結(jié)構(gòu)與性能。

　　教學(xué)的重

　　點(diǎn)和難點(diǎn)

　　超高分子量聚乙烯的凝膠紡絲機(jī)理及超高分子量聚乙烯纖維的制備方法

　　教學(xué)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

　　布置作業(yè)  掌握本課內(nèi)容；預(yù)習(xí)下節(jié)課討論內(nèi)容：超高分子量聚乙烯纖維的改性及應(yīng)用。

　　備        注

　　教學(xué)過程：

　　第一節(jié)  超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展歷史

　　關(guān)于高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的基礎(chǔ)理論，早在30 年代就有人提出過，然而真正制得超高分子量聚乙烯纖

　　維，在技術(shù)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(yè)化實(shí)用價(jià)值

　　的方法進(jìn)行了系列探討，于1975 年開始投入研發(fā)，Pennings 教授的界面結(jié)晶生長法和P.Smith,  Lemstra 的

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

　　的專利，1980 年獲得公開，1981 年授權(quán)。經(jīng)過十年的努力研究，證實(shí)凝膠紡絲法是制造高強(qiáng)力聚乙烯的有

　　效方法，具有工業(yè)化前途。高強(qiáng)力聚乙烯纖維具有優(yōu)異的性能和廣泛的用途，由于其原材料取得容易，生

　　產(chǎn)成本低廉，立即引起世界工業(yè)強(qiáng)國的注意。

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

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

　　因此符合時(shí)代對環(huán)境保護(hù)的要求，引起了許多公司的極大興趣。在遠(yuǎn)東，東洋紡首先與 DSM 公司簽署了

　　在日本合作生產(chǎn)該纖維的協(xié)議；在美國，聯(lián)合信號公司獲得了DSM的專利使用權(quán)，并將DSM的十氫萘溶

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

　　公司采用凝膠擠壓超拉伸法生產(chǎn)的 UHMWPE 纖維，所用溶劑為石蠟，聚合物濃度高達(dá) 20%~40%，但殘余石

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

　　其它正在研究開發(fā)的制法還有：

　　①  纖維狀結(jié)晶生長法；

　　②  單結(jié)晶超拉伸法；

　　③  處理聚合物的超拉伸法；

　　④  局部交聯(lián)拉伸法等。

　　除④外其余皆使用 UHMWPE(M

　　)，但目前已工業(yè)化的全采用凝膠紡絲——超拉伸工藝。我國也

　　采用不同溶劑體系的類似工藝技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了中試試生產(chǎn)。

　　第二節(jié) 超高分子量聚乙烯纖維的制備

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

　　強(qiáng)化原理，人們研究出許多制備超高分子質(zhì)量聚乙烯的方法。1970年代以來，國際上先后出現(xiàn)了高壓固態(tài)

　　擠出法、增塑熔融紡絲法、表面結(jié)晶生 長法、超拉伸或局部超拉伸法、凝膠紡絲—熱拉伸法等幾種UHMWPE

　　纖維的制備技術(shù)。其中凝膠紡絲—熱拉伸法已成為相對成熟的工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)。

　　⑴  高壓固態(tài)擠出法

　　將一定相對分子質(zhì)量的聚乙烯置于擠出裝置內(nèi)加熱熔融，并以每平方厘米幾千公斤的壓力將聚乙烯熔

　　體從錐形噴孔擠出，隨即進(jìn)行高倍拉伸，在高剪切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(qiáng)度。但由于在固相取向過程中難于形成貫穿于結(jié)晶問的分子鏈?zhǔn)�，因而限制了纖維的

　　高度拉伸，纖維強(qiáng)度也相應(yīng)受到限制，因而該種方法難于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

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