先进高分子材料概要ppt课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,先进高分子材料之,超高分子质量聚乙烯纤维,njnu-sj,先进高分子材料之 超,1,什么是先进高分子材料？,“先进高分子材料”是指具有相对独特物理化学性能、适宜在特殊领域或特定环境下应用的，节能环保，新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新能源汽车等战略性新兴产业发展急需的，国计民生需要且市场短缺的各类新型高分子合成材料，或传统高分子材料中的特殊品种。,什么是先进高分子材料？ “先进高分子材料”是指具有相,2,先进高分子材料的种类,先进高分子材料,特种合,成橡胶,高端工,程塑料,特种合成纤维,其他功能性,高分子材料,先进高分子材料的种类先进高分子材料特种合高端工特种合成纤维其,3,特种合成纤维,主要包括芳纶,、,超高分子质量聚乙烯纤维,、,聚苯硫醚纤维,、,聚酰亚胺纤维等4个品类。,特种合成纤维,4,超高分子质量聚乙烯纤维,超高分子质量聚乙烯纤维,的发展史,超高分子质量聚乙烯纤维,的生产技术,超高分子质量聚乙烯纤维,的特殊性能,超高分子质量聚乙烯纤维,的应用,超高分子质量聚乙烯纤维,的展望,超高分子质量聚乙烯纤维超高分子质量聚乙烯纤维的发展史超高分子,5,超高分子质量聚乙烯纤维,超高分子量聚乙烯纤维(英文全称： Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber， 简称UHMWPE)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量 最高的纤维，其分子量在100万500万的聚乙烯所纺出的纤维,。它与碳纤维、,芳纶并称为当今世界3大高科技纤维。,超高分子质量聚乙烯纤维 超高分子量聚乙烯纤维(英,6,发展史,DSM公司,Honeywell公司,SANSEI公司,技术,荷兰,美国,日本,发展史DSM公司Honeywell公司SANSEI公司技术,7,发展史,中国纺织科学院于上世纪80年代年开展了超高分子量聚乙烯纤维生产工艺的研发工作，并取得中国专利，90年代东华大学也加入研发行列，并于1999年宣布研发成功，2000年，正式,进入,商业化生产阶段。近年来，在国内相关科研单位及生产商的不断努力下，我国UHMWPE纤维的生产技术及产量都取得了相当大的进步。很多厂家生产的UHMWPE纤维被广泛应用于国防产品并出口国外，有的产品还取得了相当好的国际声誉。,发展史 中国纺织科学院于上世纪80年代年开展了超,8,发展史,发展史,9,特殊性能,密度低,(097)、,比强度高,、,比模量高,，而且,能量吸收性能,和,阻尼性能,比KeVlar纤维,（凯夫拉，是杜邦公司发明并生产的一种高性能纤维的注册商标，也是杜邦公司引以自豪的著名品牌）,优越，弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等,断裂应变小,的弱点。在现代化战争和宇航、航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。,特殊性能,10,特殊性能,1,、,优良的力学性能,超高分子质量聚乙烯纤维的密度为0,.,97，只有芳纶纤维的23和高模碳纤维的12，而轴向拉伸性能很高。其比拉伸强度是现有高性能纤维中最高的，比拉伸模量除高模碳纤维外也是很高的，较芳纶纤维高得多。,特殊性能1、优良的力学性能,11,特殊性能,2,、,优良的耐冲击性能,UHMW-PE纤维是玻璃化转变温度低的热塑性纤维韧性很好，在塑性变形过程中吸收能量，因此，他的复合材料在高应变率和低温下仍具有良好的力学性能，抗冲击能力比碳纤维、芳纶纤维及一般玻璃纤维复合材料高。,特殊性能2、优良的耐冲击性能,12,特殊性能,3,、,优良的耐化学腐蚀性,UHMWPE纤维具有高度的分子取向和结晶，具有良好的耐溶剂溶解性能。,特殊性能,13,特殊性能,4,、,优越的耐磨性能,材料的耐磨性一般随模量的增大而降低， 但,UH,MW-PE纤维而言，则相反。这是因为该纤维的摩擦系数低所致。,其,耐磨性和弯曲疲劳也比芳纶纤维高，适合做绳索。,特殊性能4、优越的耐磨性能,14,特殊性能,5,、,良好的电绝缘和耐光性能,UHMW-PE纤维增强复合材料的介电常数和介电损耗值低，反射雷达波很少，对雷达波的透射率高于玻璃纤维复合材料,，,适用于制造各种雷达罩。,经,各种纤维耐光性比较，UHMW-PE纤维的耐光性是最好的,。,经过1500h的光照之后，纤维的强度保持率还有60左右，而其他纤维均在50以下。,特殊性能5、良好的电绝缘和耐光性能,15,特殊性能,6、,优异的自润滑性,利用纳米技术对其进行改性，可以大幅度减少UHMW-PE分子链的缠结，起到了自润滑作用。自身滑动性能优于用于润滑的碳钢或黄铜。特别是在环境恶劣、粉尘、泥沙多的地方，UHMW-PE制品的自身润滑性更充分地显示出来。不但能运动自如，且保护相关工件不磨损或拉伤。,特殊性能6、优异的自润滑性,16,特殊性能,6,、,对生物无毒性,UHMW-PE制品是少数几种对生物完全无毒、无味、无嗅的塑料制品，符合国家安全卫生标准。直接用于食品机械、医药行业可替代昂贵的不锈钢管输送物料，特别适用于制作人工关节、骨骼等。,特殊性能6、 对生物无毒性,17,特殊性能,7,、,表面非附着性,UHMW PE制品由于摩擦系数小和无极性，因此具有很好的表面非附着性。现有的材料一般在pH值9以上的介质中均会结垢，UHMW-PE制品则不结垢，这一特性对火电站用于排粉煤灰系统有重大意义。在原油、泥浆等输送管道方面也非常适用。,特殊性能7、 表面非附着性,18,生产技术,UHMW PE纤维是选用高相对分子质量聚乙烯为原料来制备的。随着聚乙烯相对分子质量的提高，熔体粘度剧增，所以无法用通常的熔融纺丝方法来制备纤维。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,拉伸法等几种UHMWPE纤维的制备技术。,生产技术 UHMW PE纤维是选用高相对分子质量,19,生产技术,1,、,表面结晶生长法,这种加工高强高模聚乙烯纤维的著名方法称为TipContact法。该法是通过旋转在浓度为0,.,5 的UHMWPE稀溶液中的转子，从而连续地得到在转子表面生长的纤维状晶体。由于该法纤维状晶体的生长速度慢而难以工业化。,生产技术1、表面结晶生长法,20,生产技术,2、,高压固态挤出法,高压下将熔融的UHMW PE从锥形喷孔中挤出，随即进行高倍拉伸。在高剪切应力和拉伸张力的作用下，使UHMWPE大分子链充分伸展，以此来改善纤维的强度,，,但高压固态挤出的方法,也,很难工业化生产。,生产技术2、 高压固态挤出法,21,生产技术,3、,增塑熔融纺丝法,加入适量流动改性剂或稀释剂将UHMWPE纺成纤维的方法一般通称为增塑熔融纺丝方法。此法是在UHMWPE中加入稀释剂，UHMWPE与稀释剂的混合比为20,:,8060,:,40，经双螺杆熔融揉和， 再挤出纺丝。,生产技术3、 增塑熔融纺丝法,22,生产技术,4、,凝胶纺丝,热拉伸法,该法是基TipContact法的原理而开发的。本法是将UHMWPE粉末(Mw一般为110,6,以上)以十氢萘、石蜡油或煤油为溶剂， 加适量抗氧化剂， 制成稀溶液， 经喷丝孔挤出后骤冷成凝胶原丝， 再对凝胶原丝进行萃取和干燥,。,生产技术4、凝胶纺丝热拉伸法,23,生产技术,在上述UHMWPE纤维的制备方法中，凝胶纺丝,热拉伸法已成为相对成熟的工业化生产的技术， 已商品化的Spectra纤维和Dyneema纤维都是采用此法制成的。,生产技术,24,应用,1、,绳索、缆绳方面的应用,用该纤维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程，是UHMWPE纤维的最初用途。UHMWPE纤维具有,轻质高强,、,使用周期长,、,耐磨,、,耐湿,、,断裂伸长大,等特性，用于超级油轮、海洋操作平台、灯塔等的固定锚绳，解决了以往使用钢缆遇到的,锈蚀,和尼龙、聚酯缆绳遇到的,腐蚀,、,水解,、,紫外降解,等引起缆绳强度降低和断裂，需经常进行更换的问题。,应用1、绳索、缆绳方面的应用,25,应用,2,、,军用上,由于UHMWPE纤维的耐冲击性能好， 比能量吸收大，在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料， 如坦克防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣等，其中以防弹衣的应用最为引人注目。它具有轻柔的优点， 防弹效果优于芳纶， 现已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维。,应用2、 军用上,26,应用,3,、,航空航天方面的应用,在航天工程中， 由于UHMWPE纤维复合材料轻质高强和防撞击性能好，适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。UHMWPE纤维也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索，其发展速度异常迅速。,应用3、 航空航天方面的应用,27,应用,4,、,体育器材用品,在体育用品上已经制成安全帽、滑雪板、钓竿、球拍及自行车、滑翔板、超轻量飞机零部件等， 其性能较传统材料为好。由于UHMWPE纤维复合材料比强度、比模量高，而且韧性和损伤容限好，制成的运动器械既耐用又能出好的成绩。,应用4、体育器材用品,28,应用,5,、,用作生物材料,UHMWPE纤维增强复合材料用于牙托材料、医用移植物和整形缝合等方面，它的生物相容性和耐久性都较好，并具有高的稳定性， 不会引起过敏， 已作临床应用。还用于医用手套和其他医疗措施等方面。,应用5、用作生物材料,29,应用,6,、,其它应用,工业上，UHMWPE纤维及其复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板凳；建筑方面可以用作墙体、隔板结构等，用它作增强水泥复合材料可以改善水泥的韧度，提高其抗冲击性能。,应用6、其它应用,30,展望,超高分子量聚乙烯自问世以来就受到广泛地关注，但由于加工难度大，限制了它的应用，直至七十年代才由少数发达国家开始实现工业化生产。随着人们对UHMW-PE优异性能的不断认识，研发力度的加大，,它,已开始在众多领域中大显身手，并日益受到人们的青睐。随着经济水平的提高，生产技术的进步，超高分子量聚乙烯纤维有着广阔的应用前景。,展望 超高分子量聚乙烯自问世以来就受到广泛地关注,31,Thank You !,Add your company slogan,Thank You !Add your company sl,32,