超高分子量聚乙烯纤维制造及应用探讨

超高分子量聚乙烯纤维制造及应用探讨

任启鹏1池晓玲2

（山东莱威新材料有限公司          山东    济南     271199） （山东群宇建设项目管理有限公司    山东    东营     257092）

摘要：超高分子量聚乙烯纤维作为一种优质材料，具备出色的性能，拥有广泛的应用领域。利用不同的制备方法，可获得高质量的超高分子量聚乙烯纤维材料，既有利于提高制造业的发展成果；又有利于促进新材料应用质量。本文从超高分子量聚乙烯纤维的制造方法进行分析，并阐述其应用范围，体现这一材料的整体价值。

关键词：超高分子量聚乙烯纤维；制造；应用

引言：超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维，主要是在控制分子量数值的聚乙烯中，通过具体工艺制造出高质量纤维产品。超高分子量、高度取向、高结晶度使聚乙烯纤维被统称为超高分子量聚乙烯纤维。这一纤维材料具有对称性、稳定性、惰性等应用性能；同时，超高分子量聚乙烯纤维还具有耐气候、耐腐蚀、耐冲击、耐海水、耐切割、耐疲劳、耐低温、绝缘性、射线穿透等特点。超高分子量聚乙烯纤维在诸多领域中被广泛应用，涉猎的应用范围较为广阔，具有良好的应用效果。

1.超高分子量聚乙烯纤维的制造

    制造超高分子量聚乙烯纤维的方法较多，常见的制作方法包括：基体树脂制造法、纤维制备方法、干法纺丝法、湿法纺丝法、新的制造方法等。特别要注意的是：在工业制造超高分子量聚乙烯纤维时，一般会使用凝胶纺丝——热拉伸方法。

1.1基体树脂制造方法

超高分子量聚乙烯纤维选择100万以上的聚乙烯基体树脂，提高纤维的性能质量。通过，符合要求的标准分子量为300万-600万的聚乙烯作为基体材料。基于此，在这一制造方法下，能够提高超高分子量聚乙烯纤维制造效率与质量。这一制造方法的弊端是：无法采用普通的熔融纺丝方法进行纺丝，使超高分子量聚乙烯纤维制造受到阻碍，导致超高分子量聚乙烯纤维的制造成本增大。

1.2纤维制备方法

    纤维制备方法是超高分子量聚乙烯纤维制造最早期的方法。制造超高分子量聚乙烯纤维中，要应用以下两个原理：（1）提高纤维分子量，减少大分子末端纤维结构缺陷；（2）分子链顺延纤维轴拉伸，保持纤维轴向直排列顺序，增强纤维制备的高效性。由于超高分子量聚乙烯纤维制备方法存在差异性，在纺丝的冻胶丝中，要根据制造工艺，保持高分子的解缠性能；在利用溶剂脱除中，利用热拉伸工艺，提高大分子取向，最终获得机械性纤维。

1.3工业化制造方法

超高分子量聚乙烯纤维工业化制造方法，主要以：凝胶纺丝—热拉伸方法为主。在这一制造过程中，要保证超高分子量聚乙烯纤维成分的稳定性，提高生产制造质量和效率。另外，在国外和国内的公司精心研制和大胆尝试后，对凝胶纺丝—热拉伸法进行改进。比如，在溶剂和萃取剂改变、溶胀工艺改进、萃取工艺改进等方面，完善了制作工艺流程。

1.3.1干法纺丝工艺

干法纺丝工艺主要通过溶剂挥发的速度，提高工业化制造效率。因此，在直接干燥回收的脱除工艺中，通过这一工艺的挥发性特点，避免干法纺丝工艺的繁琐性，精进干法纺丝工艺水平。图1是干纺工艺的流程：

            回收的溶剂

图1  干纺的工艺流程

1.3.2湿法纺丝工艺

湿纺工艺采用的溶剂挥发性小，易于进行溶剂萃取置换工艺，对于提高超高分子量聚乙烯纤维制造性能具有重要作用合乎。在利用萃取剂啊对溶剂进行萃取置换中，要提高萃取剂的干燥脱除能力。湿纺的工艺流程如图1：

回收溶剂

图2  湿纺的工艺流程

1.4新的制造方法

    在现代科技技术的应用下，新的超高分子量聚乙烯纤维制作方法研究路径越来越广阔，在干纺、湿纺制备超高分子量聚乙烯纤维的工艺复杂、成本较高等弊端下，通过科技技术手段能够提高制造技术深化开发，促进新的超高分子量聚乙烯纤维制造方法的问世[1]。

2.超高分子量聚乙烯纤维应用

    超高分子量聚乙烯纤维的应用领域越来越广泛，其产品制造、应用形式也变得多种多样。超高分子量聚乙烯纤维的有效应用可以从以下几个方面体现出来：

2.1吊装、拖拽领域应用

超高分子量聚乙烯纤维在吊装、拖拽领域应用，最为典型的形式为：绳子、带子、网、线的应用。这类应用能够体现出超高分子量聚乙烯纤维的束丝，通过合股、绞丝、编织等工艺进行衍生品制造。在超高分子量聚乙烯纤维制成的衍生品中，能够具备自重轻、耐湿润、耐光照、耐腐蚀、耐摩擦、强度高等优点。在绳、网、线等纤维衍生品应用中，能够提高产品的吊装、拖拽作业效率，为各项重力工程领域提供高质量装备。比如，网、绳的应用，可以提高海洋工程、渔业养殖等作业效率；带子等的应用，可以提高重型吊装领域作业效率；缆绳的应用，可以解决钢缆锈蚀问题，提高缆车作业效率。

2.2防护制造业应用

    超高分子量聚乙烯纤维防护织物具有防切割、防穿刺、防链齿等优势，在击剑套服、手套、防护头盔的应用中能够提高使用者的自我保护能力。防切割纺织物可以替代氨纶，提升防护制造业的发展成果。防穿刺产品要采用无纺布、机织布的形式进行生产制造，根据使用需求可进行叠合使用、联合复合材料使用。超高分子量聚乙烯纤维在防切割、防穿刺领域表现出色，充分发挥了其结构稳定性的优势，提高产品使用功能。

2.3国防军工应用

    超高分子量聚乙烯纤维作为一种高端材料，将其制造成直升飞机、坦克、运钞车、舰船的装甲防护（防弹）板、防弹头盔、防弹衣等产品，发挥其稳定性作用，使低密度、高强度、抗吸湿、耐摩擦等优势凸显出来。比如，防弹衣和防弹头盔的使用中，要结合其韧性强、高强度的优点，提高“防弹”效果，保护使用者的人身安全。在超高分子量聚乙烯纤维复合材料应用下，其防弹效果高于其他产品的25%。

2.4体育用品应用

超高分子量聚乙烯纤维制成的绳索、网球线等，可以提高体育用品的使用品质，体现这一纤维材料的经济价值和功能价值。在超高分子量聚乙烯纤维的高强度、耐磨损的特点下，使得这些产品在体育运动中能够表现出出色的性能优势，提高体育运动过程的安全性[2]。利用超高分子量聚乙烯纤维制作的体育用品，保证运动员在体育运动中发挥个人实力，实现为体育竞技事业贡献力量的目标。

2.5建筑材料应用

    超高分子量聚乙烯纤维在建筑材料领域应用，也表现出较强的应用价值。超高分子量聚乙烯纤维的衍生品用于制作建筑中的防护网、防水板等，可以体现出这一材料耐腐蚀、耐候性、高强度的特点，是一种较为理想的建筑材料，可以提供可靠的结构保护、延长寿命优势，为建筑材料合理化、高效性使用提供可行性路径。

2.6医疗器械应用

    在医疗器械应用领域中，超高分子量聚乙烯纤维制成的手术缝线、植入材料等，都体现出生物相容性好、耐磨损等优点，为医疗卫生事业提供重要的医疗器械保障。

结束语：

综上所述，超高分子量聚乙烯纤维具有优异的性能，这一材料具备出色的性能和广泛的应用价值。在明确超高分子量聚乙烯纤维的制造方法和应用范围后，要结合其制备和应用成果进行继续性研究，优化这一材料的制造方法，提高其应用质量。

参考文献：

[1]沈荣,王桂尧,邹全等.超高分子量聚乙烯纤维改良制造与应用研究[J].重庆建筑,2023,22(04):60-63.

[2]夏良君,曹根阳,刘欣等.高性能纤维及其制品颜色构建的研究进展[J].纺织学报,2023,44(06):1-9.