超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維研究進(jìn)展

毛云增，蔡正國，楊曙光，馬敬紅，徐 堅(jiān)

(東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201620)

1 前言

高性能纖維具有優(yōu)良的機(jī)械性能和其它一些值得關(guān)注的特性和功能，例如耐熱、防火、耐化學(xué)腐蝕，以及光導(dǎo)、電導(dǎo)、抗菌、電磁波屏蔽等特殊的功能。高性能纖維按原料可以分為兩大類:無機(jī)聚合物纖維和有機(jī)聚合物纖維。無機(jī)類的主要代表有碳化硅、硅硼氮、氧化鋁，以及高強(qiáng)度玻璃纖維。典型的有機(jī)聚合物高性能纖維包括:芳香族聚酰胺纖維(芳綸纖維)，商品牌號(hào)為Kevlar，Nomex和Twaron;芳香族雜環(huán)聚合物纖維;芳香族聚酯纖維，例如Vectran牌號(hào)的系列產(chǎn)品;以及伸直鏈的超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維，例如Spectra和Dyneema牌號(hào)的產(chǎn)品。有機(jī)聚合物高性能纖維可以根據(jù)其高分子鏈的柔性進(jìn)行分類。第一類纖維的分子鏈為剛性鏈，芳香族聚酰胺、芳香族聚酯、以及芳雜環(huán)聚合物纖維屬于此類。剛性分子會(huì)排列成為平行鏈，如果分子間作用力很強(qiáng)，容易形成液晶單元，在加工過程中沿作用力方向擇優(yōu)取向和結(jié)晶。第二類纖維的分子鏈為柔性鏈，其典型高性能纖維的代表是超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維。柔性鏈聚乙烯、聚丙烯等，由于分子間作用力小，容易擇優(yōu)取向。但是，如果制備高強(qiáng)高模纖維，則需要高分子質(zhì)量以及分子鏈充分地伸直取向。這在技術(shù)上具有很大的難度。用柔性鏈聚合物制備高強(qiáng)高模纖維是科學(xué)家長(zhǎng)期努力的結(jié)果。

當(dāng)今三大著名高能纖維為芳綸纖維、碳纖維、以及超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維。芳綸屬于剛性鏈的有機(jī)高聚物高性能纖維，碳纖維屬于有機(jī)高分子聚合物前驅(qū)燒制的無機(jī)高性能纖維，而超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維屬柔性鏈制備的高性能纖維。本綜述主要關(guān)注超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維。

用超高分子質(zhì)量聚乙烯樹脂制作高強(qiáng)纖維的想法誕生于20世紀(jì)70年代。超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維密度小(d=0.97 g/cm3)，是目前比強(qiáng)度和比模量最高的纖維產(chǎn)品，是不可或缺的重要戰(zhàn)略物資[1－2]。超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的性能如下:

力學(xué)性能 在凍膠紡絲工藝中，通過多級(jí)超倍拉伸，超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的結(jié)晶度和取向度都有了大幅度的提高，同時(shí)呈折疊鏈狀的聚乙烯片晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為伸直鏈結(jié)構(gòu)，從而極大地提高了纖維的強(qiáng)度和模量。其比強(qiáng)度分別是高強(qiáng)碳纖維的2倍和鋼材的14倍。

耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性能 由于超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維是一種非極性材料，分子鏈中不含極性基團(tuán)，只含有C，H兩種元素，其表面在拉應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生一層弱界面層，因而纖維表面成化學(xué)惰性，因此對(duì)酸、堿和一般的化學(xué)試劑具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。另外，由于分子鏈不含雙鍵基團(tuán)，耐熱、耐光老化等環(huán)境穩(wěn)定性能也非常優(yōu)異。

耐沖擊性能 超高分子質(zhì)量聚乙烯耐沖擊強(qiáng)度是目前塑料中最高的，它比以耐沖擊著稱的聚碳酸酯還要高3～5倍。由于超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維韌性大、模量高，具有很高的斷裂能，因此防彈性能優(yōu)異。

其它性能 超高分子質(zhì)量聚乙烯的吸水率在工程塑料中是最小的;耐低溫性能極佳，在冰點(diǎn)以下，依然保持良好的沖擊強(qiáng)度，最低使用溫度可以達(dá)到－269℃;超高分子質(zhì)量聚乙烯表面吸附力非常微弱，其抗粘附能力僅次于塑料中粘附性最差的聚四氟乙烯，因此具有良好的抗霉性能[3]。

基于其優(yōu)秀的綜合性能，超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維在國防軍工、航空航天等諸多方面具有廣泛的應(yīng)用。由于該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護(hù)材料、頭盔、防彈衣等。超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維制備的防彈衣具有輕柔的優(yōu)點(diǎn)，防彈效果優(yōu)于芳綸，現(xiàn)已成為美國防彈背心市場(chǎng)的主要產(chǎn)品。另外超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維復(fù)合材料的比彈擊載荷值是鋼材的10倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍。國外用超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維復(fù)合材料制成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強(qiáng)的復(fù)合材料頭盔的替代品。在航天工程中，由于該纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)和抗沖擊性能好，適用于多種飛行器的翼尖結(jié)構(gòu)。超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維還可以用作航天飛機(jī)著陸的減速降落傘和飛機(jī)上懸吊重物的繩索，取代了傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩索。

在一些民用領(lǐng)域，超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維同樣也受到青睞。該纖維制成的繩索，在自重下的斷裂長(zhǎng)度是鋼繩的8倍，是芳綸的2倍。其繩索用于超級(jí)油輪、海洋操作平臺(tái)、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和斷裂、需經(jīng)常進(jìn)行更換的問題。在體育用品方面，超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維復(fù)合材料已經(jīng)制成安全帽、釣竿、球拍及自行車、滑翔板等，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料。由于具有良好的化學(xué)惰性，在生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域，超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維可用其作醫(yī)療器材，如縫線、人造肌肉等。在建筑材料方面，超高分子質(zhì)量聚乙烯短纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，可以改善水泥的韌度，提高其抗沖擊性能。

2 產(chǎn)業(yè)歷史與現(xiàn)狀

最早得到高模量聚乙烯纖維的是Capaccio和Ward，采用的方法是對(duì)熔融結(jié)晶得到的聚乙烯進(jìn)行熱拉伸。此纖維的模量高達(dá)70 GPa，而拉伸強(qiáng)度卻只有1 GPa，當(dāng)時(shí)用的聚乙烯分子質(zhì)量為104至105[4～5]。當(dāng)時(shí)這種方法被商業(yè)上用來制作SNIA纖維，后來又被用作Hoechst-Celanese纖維。Capaccio等人發(fā)現(xiàn)，熔融結(jié)晶聚乙烯的最大拉伸比隨著分子質(zhì)量的增加持續(xù)下降。原因是，隨著分子質(zhì)量的增加，分子間的纏結(jié)數(shù)目明顯增加，纏結(jié)作為不穩(wěn)定的物理交聯(lián)點(diǎn)，會(huì)阻止大分子鏈間的滑移[4]。由于模量主要取決于拉伸比，而強(qiáng)度對(duì)分子質(zhì)量的依賴性更大一些，因此，隨著拉伸比的增加，雖然模量可以達(dá)到很高的數(shù)值，但是分子質(zhì)量相對(duì)較低，纖維強(qiáng)度不夠[5]。1979年，Smith和Lemstra發(fā)明了一種制備高強(qiáng)高模纖維的方法，超高分子質(zhì)量聚乙烯(分子質(zhì)量數(shù)量級(jí)為106)凝膠紡絲法[6～8]。這種方法很快被荷蘭帝斯曼(DSM)公司和美國的聯(lián)合信號(hào)公司(Allied Signal)用于商業(yè)化生產(chǎn)，商標(biāo)名分別為Dyneema和Spectra，產(chǎn)品的楊氏模量100～150 GPa，強(qiáng)度3～4 GPa。自此，結(jié)束了只能用剛性鏈制造高強(qiáng)高模纖維的歷史，打開了烯烴纖維在高性能纖維領(lǐng)域的大門，并引起了世界工業(yè)強(qiáng)國的極大興趣和關(guān)注。

由于超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維在國防工業(yè)具有重要的應(yīng)用，發(fā)達(dá)國家對(duì)技術(shù)進(jìn)行封鎖。我國自1985年開始超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的研究，東華大學(xué)、鹽城超強(qiáng)高分子材料工程技術(shù)研究所先后加入研發(fā)行列，并取得了一系列重大理論突破。隨即相關(guān)企業(yè)投入中試及小規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，經(jīng)過不懈努力，至今其纖維性能已經(jīng)達(dá)到國際中等水平并具自身特色，部分進(jìn)入規(guī)?；a(chǎn)階段。通過十幾年的努力，國內(nèi)十幾家公司，建成了數(shù)十條超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維生產(chǎn)線，形成了規(guī)模化生產(chǎn)能力[9～10]。

自從1979年Smith和Lemstra申請(qǐng)凝膠法制備超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的專利以來，到上世紀(jì)90年代，超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的研究達(dá)到了高峰。1990～2000年超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的研究有所減慢。2000年后隨著超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的應(yīng)用擴(kuò)展，尤其是在中國的產(chǎn)能提高，超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的研究又進(jìn)入了一個(gè)新的高潮。我們對(duì)2000年后，超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的專利進(jìn)行了檢索，如圖1所示。

圖1 超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維專利年度數(shù)量分布圖以及主要專利權(quán)人(分析的數(shù)據(jù)來源于德溫特創(chuàng)新索引DII)Fig.1 The patents about UHMWPE Fiber per year from 2000～2011，and main patents owners(Data from Derwent Innovations Index)

從圖1中可以看到，從2000年到2007年，專利量都維持在一個(gè)比較低的水平。從2008年開始，專利量開始迅速增加，2010年達(dá)到了頂峰的105條，這說明在超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維研究方面有了比較大的進(jìn)展?？傮w上看，近幾年超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維發(fā)展迅速。專利權(quán)人排名如圖1b所示，專利權(quán)排名第1位的是荷蘭的帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)有限公司。排名第2位的是日本的東洋紡織株式會(huì)社(TOYOBO)。排名第3位的是中國的寧波榮溢化纖科技有限公司。隨后依次是帝人纖維株式會(huì)社(TEIJIN)、杜邦東麗有限公司(DU PONTTORAY)。上述企業(yè)是都是高性能纖維領(lǐng)域的著名生產(chǎn)企業(yè)。排名前十位的專利權(quán)人/申請(qǐng)人中，有6家來自日本，可見日本在該領(lǐng)域具有較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力。有2家來自中國，分別是寧波榮溢化纖科技有限公司和東華大學(xué)。

目前關(guān)于超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的研究主要集中在樹脂合成、紡絲方法、纖維改性和表面處理3方面展開。

2.1 超高分子質(zhì)量聚乙烯樹脂原料

超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的樹脂原料由配位聚合催化劑制備。目前國際上使用的催化劑技術(shù)包括多活性中心傳統(tǒng)催化劑和單活性中心齊格納－納塔(Ziegler-Natta)催化劑。美國聯(lián)合化學(xué)公司(Allied Chemical)1957年實(shí)現(xiàn)了超高分子質(zhì)量聚乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)，隨后德國赫斯特(Hoechst)公司、日本三井公司(Mitsui)、齊魯石化、日本石油等公司相繼利用各種催化體系實(shí)現(xiàn)了超高分子質(zhì)量聚乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)。這些催化體系都采用淤漿聚合的方法，隨著聚乙烯分子質(zhì)量增加會(huì)產(chǎn)生大量凝膠，成為制造超高分子質(zhì)量聚乙烯的瓶頸。

近些年來，茂金屬催化劑為代表的單活性中心配位聚合催化劑的發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)對(duì)聚乙烯分子質(zhì)量和分子質(zhì)量分布的有效調(diào)控。2003年日本旭化成工業(yè)公司利用茂金屬催化劑首次開發(fā)出分子質(zhì)量超過1 000萬的超高分子質(zhì)量聚乙烯聚合工藝，此工藝不產(chǎn)生凝膠等副產(chǎn)物，而且生產(chǎn)的超高分子質(zhì)量聚乙烯具有優(yōu)良的加工性能。日本三井公司則利用自行研發(fā)的FI催化劑生產(chǎn)了高性能涂料、紡絲、醫(yī)用等專用樹脂投放市場(chǎng)。荷蘭埃因霍溫工業(yè)大學(xué)的Rastogi課題組在日本帝人公司的資助下，采取負(fù)載型FI催化劑，通過調(diào)控聚合過程中的鏈增長(zhǎng)速度和乙烯增長(zhǎng)鏈的結(jié)晶速度，得到了無纏結(jié)結(jié)構(gòu)的超高分子質(zhì)量聚乙烯，其特點(diǎn)是易于加工，可以實(shí)現(xiàn)固體直接拉伸制備高性能纖維和薄膜，為高性能超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維新紡絲工藝的開發(fā)提供了原料支持[11～12]。

國內(nèi)在單中心烯烴聚合催化劑技術(shù)方面與國外同步，并且取得了很大的進(jìn)展，開發(fā)出一系列具有工業(yè)應(yīng)用前景的單活性中心催化劑。如中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所研發(fā)的負(fù)載型單中心催化劑及超低支化度的超高分子質(zhì)量聚乙烯產(chǎn)品已經(jīng)申請(qǐng)了系列中國發(fā)明專利并獲得授權(quán)，形成了較為完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)群[13]。利用該催化劑可對(duì)超高分子質(zhì)量聚乙烯樹脂的分子質(zhì)量及其分布進(jìn)行有效調(diào)控，而且利用該新型催化劑制備的超高分子質(zhì)量聚乙烯樹脂結(jié)構(gòu)特殊，擠出加工性能優(yōu)異，其制備的纖維具備高強(qiáng)、高模的特點(diǎn)。

2.2 紡絲方法

數(shù)十年來，世界科學(xué)家圍繞制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維這一課題，研究出許多紡絲方法，重點(diǎn)研究的分別是高壓固體擠出法、表面結(jié)晶生長(zhǎng)法、超拉伸或局部拉伸法、增塑熔融紡絲法和凍膠紡絲法[14～16]。

2.2.1 高壓固態(tài)擠出法

此種方法是將超高分子質(zhì)量聚乙烯置于擠出裝置中，加熱熔融，使用每平方厘米幾千公斤的壓力，將熔體從噴孔中擠出，隨后進(jìn)行高倍拉伸，在高剪切力和拉伸張力的作用下，聚乙烯分子鏈可以充分伸展。這種方法可以得到高模量，但是很難得到高強(qiáng)度，因?yàn)樵诠滔嗳∠蜻^程中難于形成貫穿于結(jié)晶間的分子鏈?zhǔn)拗屏死w維的高度拉伸。該種方法難于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

2.2.2 表面結(jié)晶生長(zhǎng)法

結(jié)晶生長(zhǎng)法是將超高分子質(zhì)量聚乙烯溶解，然后將溶液置于某一特殊裝置內(nèi)，這種裝置有2個(gè)同心的圓柱，內(nèi)圓柱的轉(zhuǎn)速一定。將晶種放在內(nèi)圓柱表面，晶種的存在使纖維生長(zhǎng)，當(dāng)纖維長(zhǎng)到一定的程度后，將纖維沿著與內(nèi)圓柱旋轉(zhuǎn)方向相反的方向?qū)С?，由于在此過程中會(huì)受到一個(gè)軸向拉伸的力，所得纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)像“羊肉串”一樣。結(jié)晶主干的分子得到了拉伸，附著在主干上的片晶中的分子鏈仍然是折疊的，這樣可以得到高強(qiáng)度和高模量的纖維。這種方法的缺點(diǎn)是生產(chǎn)纖維的速度慢，因此并不適用工業(yè)化生產(chǎn)。

2.2.3 超拉伸或區(qū)域高倍拉伸法

這種方法是將被拉伸的初生纖維加熱到結(jié)晶溫度以上，然后進(jìn)行超拉伸或局部拉伸，使折疊的分子鏈得到充分伸展，形成伸直鏈結(jié)構(gòu)，從而制得高強(qiáng)度的纖維。由于這種方法所適用的樹脂的分子質(zhì)量不能太高，因此纖維強(qiáng)度提高有限。

2.2.4 增塑熔融紡絲法

增塑熔融紡絲方法是在超高分子質(zhì)量聚乙烯中加入適量流動(dòng)改性劑或稀釋劑，通過雙螺桿共混熔融，再擠出紡絲，之后對(duì)絲進(jìn)行萃取和多級(jí)拉伸。

2.2.5 凝膠紡絲方法

凝膠紡絲是目前唯一實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的方法，其生產(chǎn)工藝首先是制取超高分子質(zhì)量聚乙烯的半稀溶液，然后通過噴絲板將半稀溶液擠出，擠出后，半稀溶液驟冷形成凝膠原絲，再對(duì)凝膠原絲進(jìn)行去溶劑化及干燥，之后，再將其進(jìn)行高倍熱拉伸，從而制備出高強(qiáng)、高模纖維[17](工藝流程見圖 2)。

圖2 凝膠紡絲基本工藝流程圖Fig.2 Basic technological process of Gel spinning

當(dāng)今世界上凍膠紡絲法主要有2種工藝路線:

干法紡絲 這類紡絲方法以帝斯曼和東洋紡為代表。十氫萘為溶劑，制備超高分子質(zhì)量聚乙烯半稀溶液。十氫萘有較強(qiáng)的揮發(fā)性，去溶劑化時(shí)不需要萃取步驟，僅通過加熱即能將其除去。此方法為帝斯曼公司所獨(dú)有，其技術(shù)受專利保護(hù)。

濕法紡絲 這類紡絲方法以霍尼韋爾(Honeywell)為代表。用礦物油作為制作超高分子質(zhì)量聚乙烯半稀溶液的溶劑，該工藝路線的專利保護(hù)已過期，除帝斯曼之外，世界上其它生產(chǎn)企業(yè)，基本上都采用該工藝路線，只是細(xì)節(jié)上有所區(qū)別。礦物油難揮發(fā)，需要增加萃取步驟將礦物油萃取。

干法紡絲相對(duì)于濕法紡絲，具有流程簡(jiǎn)單，紡絲過程較穩(wěn)定，產(chǎn)品均一等優(yōu)點(diǎn)，但是需要采用合適的溶劑，即需要有溶解性較好并且容易揮發(fā)的溶劑，另外對(duì)系統(tǒng)的密閉性要求較高，對(duì)回收系統(tǒng)的運(yùn)行效率要求較高。濕法紡絲中，萃取是用可揮發(fā)的第二助劑(萃取劑)將非揮發(fā)性第一溶劑置換出來，在后一道工藝中采用熱處理和拉伸過程去除揮發(fā)性第二助劑。溶劑一般采用高沸點(diǎn)白油、石蠟油、煤油等，萃取劑則采用低沸點(diǎn)物，如二甲苯、汽油、丙酮、三氯三氟乙烷等。

2.3 表面處理和改性

針對(duì)超高分子質(zhì)量聚乙烯耐高溫性能差，耐蠕變性能差的特點(diǎn)，人們將交聯(lián)結(jié)構(gòu)引入纖維。傳統(tǒng)的交聯(lián)方法是輻射交聯(lián)和熱化學(xué)交聯(lián)，但是這2種交聯(lián)方法都會(huì)使纖維的力學(xué)性能受到損傷，高能輻射使纖維的分子鏈斷裂，并且纖維強(qiáng)度隨輻射劑量的增加而下降。熱化學(xué)交聯(lián)是在高溫下通過引發(fā)劑的熱分解產(chǎn)生交聯(lián)，這會(huì)使已經(jīng)高度取向的大分子鏈產(chǎn)生不同程度的松弛，同樣會(huì)對(duì)纖維的強(qiáng)度和模量產(chǎn)生不利影響[18～21]。

由于超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維化學(xué)性質(zhì)不活潑，表面能低，表面缺乏極性基團(tuán)，而且是高度對(duì)稱的亞甲基結(jié)構(gòu)，因此纖維具有很高的結(jié)晶度和取向度。這一方面雖然保證其具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，但另一方面也造成纖維表面的化學(xué)惰性，因此與樹脂基體制成復(fù)合材料后，界面結(jié)合力較差。為改善其界面結(jié)合性能開展了大量的研究工作，嘗試的主要方法有液態(tài)氧化法、涂層法、等離子體處理法及電暈放電法[22]。

2.3.1 液態(tài)氧化法處理

液態(tài)氧化法處理改性纖維表面是國內(nèi)外最先采用的超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維表面改性的方法。處理超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的化學(xué)試劑一般均為強(qiáng)氧化劑，如鉻酸、高錳酸鉀溶液和雙氧水等。液態(tài)氧化法處理超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的作用機(jī)理為氧化劑與纖維接觸后攻擊纖維表面，一方面通過氧化作用可以在纖維表面產(chǎn)生含氧活性基團(tuán)，進(jìn)而與樹脂基體形成化學(xué)鍵;另一方面強(qiáng)氧化劑在纖維表面形成刻蝕，留下不規(guī)則的條紋，從而有利于纖維和樹脂基體間的力學(xué)嚙合，達(dá)到改善纖維表面性能的目的。此種方法的缺點(diǎn)是:纖維強(qiáng)度下降太多，而且滿足不了環(huán)保的要求，難于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

2.3.2 涂層處理

涂層處理方法是指在纖維表面涂覆界面層的一種纖維表面改性方法。一般可以通過2種方式去實(shí)現(xiàn)，一種方式是涂覆高聚物形成可塑層。研究表明，將聚合物涂覆在碳纖維表面形成一層可塑層，可以消除界面的殘余應(yīng)力。

2.3.3 等離子體處理

等離子處理的作用效果僅在材料表面有限深度內(nèi)(幾個(gè)分子層)，因此纖維的力學(xué)性能不會(huì)受太大的影響，這也是等離子體方法在超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維表面處理中的最大優(yōu)勢(shì)。等離子處理方法有真空等離子體處理和低溫等離子處理，真空等離子體處理難以連續(xù)化生產(chǎn)，低溫等離子體處理不僅節(jié)能環(huán)保而且對(duì)纖維表面處理的均勻性好，能夠進(jìn)行連續(xù)處理，但是，國內(nèi)外常用的低溫等離子體設(shè)備大多是間歇式，難于滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。

2.3.4 電暈放電處理

上世紀(jì)80年代起，電暈放電處理法被應(yīng)用到非極性材料的表面處理上，如聚乙烯、聚丙烯薄膜以及聚乙烯纖維。這種處理方法裝置簡(jiǎn)單，常壓下在空氣中就可以進(jìn)行，在其它方法處理效果不是很好的領(lǐng)域應(yīng)用較廣。

2.3.5 輻射引發(fā)表面接枝處理

輻射引發(fā)表面接枝是在超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維表面通過輻射引發(fā)第二單體進(jìn)行接枝聚合，從而在纖維表面覆蓋了一層與纖維化學(xué)性質(zhì)不同的涂層，以此來改善纖維與基體間的粘結(jié)性能，這種方法與涂層法較為相似，但反應(yīng)過程中使用輻射引發(fā)。

3 展望

超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維具有眾多的優(yōu)異特性，在低溫領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，從海上油田的系泊纜繩到高性能輕質(zhì)復(fù)合材料方面均顯示出極大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)、航空、航海、防御裝備、電子、兵器、造船、建材、體育、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域?qū)?huì)發(fā)揮著舉足輕重的作用。

超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維以非常優(yōu)異的綜合性能受到人們的重視，但是仍有許多需要改進(jìn)的地方，主要表現(xiàn)在:①國內(nèi)目前還沒有完全形成穩(wěn)定的纖維原料生產(chǎn)工藝，國產(chǎn)原料質(zhì)量不太穩(wěn)定，尚沒有形成適合超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維生產(chǎn)工藝的原料標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重制約了下游纖維產(chǎn)品質(zhì)量的提升。②生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。③纖維抗蠕變性能差、纖維界面粘合性能較差。

關(guān)于超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)關(guān)注以下幾個(gè)方面:

①以高性能超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維的制備為導(dǎo)向，從配位聚合反應(yīng)機(jī)理出發(fā)，系統(tǒng)研究高性能催化劑技術(shù)，滿足樹脂結(jié)構(gòu)多樣性制備，揭示催化劑結(jié)構(gòu)與樹脂、纖維結(jié)構(gòu)性能之間的內(nèi)在關(guān)系，實(shí)現(xiàn)我國自主制備高性能超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維專用樹脂技術(shù)。②在超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維生產(chǎn)領(lǐng)域，一方面，在原有生產(chǎn)理論與實(shí)踐的基礎(chǔ)上，致力于開發(fā)更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的生產(chǎn)方法，另一方面，對(duì)現(xiàn)有的紡絲方法進(jìn)行更深入細(xì)致的研究，尤其是做好基礎(chǔ)理論的研究，努力提高我國的超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維技術(shù)核心競(jìng)爭(zhēng)力。③隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，針對(duì)超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維生產(chǎn)過程中的廢氣、廢液處理，開發(fā)新工藝。今后，在科學(xué)研究以及生產(chǎn)領(lǐng)域，應(yīng)采取相應(yīng)措施治理三廢，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。④超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維與其它材料復(fù)合將是發(fā)展趨勢(shì)。進(jìn)行綜合改性，以及開發(fā)新的樹脂基體，發(fā)揮其優(yōu)越性能、拓寬其作為高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料和海洋防腐蝕材料的應(yīng)用。

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