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高强高模聚乙烯纤维性能

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高强高模聚乙烯纤维性能

发布日期:2019-05-17 作者:江苏神鹤科技发展有限公司 点击:

高强高模聚乙烯纤维性能

(1)高强高模聚乙烯纤维的密度为0.97g/cm3,只有芳香族聚酰胺纤维(芳纶)的2/3、高模碳纤维的1/2,而轴向拉伸性能很高。Spectra1000纤维的比拉伸强度时现是高性能纤维中最高的,比拉伸模量比高模量碳纤维低,但比芳香族聚酰胺纤维高得多。如果再考虑比重的话,它是一种非常独特的纤维,在保持良好性能同时,还能省重量。高强高模PE纤维的理论值可达320km,约为芳纶的二倍。由于复合材料的拉伸强度是由纤维控制的,因此高强高模聚乙烯纤维单向增强复合材料的纵向拉伸性能也很好。几种高性能纤维的性能比较表见表1—5。图1—12是各种纤维的应力—应变曲线,从图上可以看到,强度在2.734~3.5N/tex范围内,高强高模聚乙烯纤维的断裂伸长率为3%~5%,相对于碳纤维、玻璃纤维和芳香族聚酰胺纤维来说,拉断该纤维所花费的能量是最大的。图1—13对几种纤维的比强度、比模量进行了比较。从图中可以看出,高强高模聚乙烯纤维的比强度、比模量明显高于其他纤维,在相同质量的材料中,强度最高。

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(2)优良的耐冲击性能

UHMWPE纤维是玻璃化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,它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。UHMWPE纤维复合材料的比冲击总吸收能量Et/p分别是碳纤维、芳纶和E玻璃纤维的1.8,、2.6和3倍,其防弹能力比芳纶的装甲结构高2.5倍。UHMWPE纤维的冲击强度几乎与尼龙相当,在高速冲击下的能量吸收是芳纶(PPTA)纤维、尼龙纤维的两倍。这种性能非常符合制作防弹材料。

(3) 极好的弯曲性能

超高分子量聚乙烯纤维具有极好的弯曲性能,能不断裂地形成针织线圈和打结头。而玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维的弯曲性能较差。对各种纤维加工性能进行比较,超高分子量聚乙烯具有很高的勾结强度和成环强度,UHMWPE纤维比芳纶成圈性能更好。

(4)纤维抗蠕变性能

HSHMPE纤维的蠕变性能取决于使用环境的温度和负荷情况,纤维在35℃和1g/d负荷状态下的蠕变情况如表3所示,与常规得到的纤维相比,其抗蠕变性能已经非常杰出。

(5)良好的抗湿性和抗化学腐蚀性能

由于聚乙烯的化学结构简单,因此耐腐蚀性能极好。用这种纤维制造的产品不会由于和酸、碱、污海水等接触而损失其强度。UHMWPE纤维具有高度的分子取向和结晶,大分子截面积小,所以链间排列紧密,从而有效地阻止水分子和化学试剂的侵蚀,因此使其具有了良好的耐溶剂溶解性能。Spectra纤维在多种介质中,如水、油、酸和碱等溶液中浸泡半年,其强度可完全保留。Spectra纤维在水中浸泡两年,仍可保留原有的强度,还可防生物腐蚀。表1—8列出了Spectra纤维和Kevlar纤维在各种化学介质中的强度保留率。UHMWPE纤维大分子链上不含任何芳香环、氨基、羟基或其它易受活性试剂攻击的化学基团,结晶度又高,因此在各种苛性环境中强度均保持在90%以上,而芳纶在强酸、强碱中下降则很大。

表1—9给出了在室温条件下高强高模聚乙烯纤维耐化学性能的实测数据。结果表明,高强高模聚乙烯纤维经强酸作用一周后,其强度不变,模量损失10%;一个月后强度损失5%,模量损失10%。相比之下,虽然开始阶段模量稍有变化,但随着时间的增长,没有进一步变化的趋势。

(6)耐磨性能

材料的耐磨性能一般随着模量的增大而减小,但对于UHMWPE纤维,趋势却相反,这是因为它的摩擦系数低所致,故而其具有很高的耐久性。。Spectra900PE纤维绳子的破断循环数n比芳纶高8倍,耐磨性和耐弯曲疲劳强度也比芳纶高适合做绳索。由于它的易加工性,在工业方面有很好的应用前景。UHMWPE的耐磨性能居塑料之冠,比碳钢、黄钢还耐磨数倍,它的耐磨性是普通聚乙烯的数十倍以上,并且随着相对分子质量的增大,其耐磨性能还进一步提高,但当相对分子质量达到一定数值后,其耐磨性能不再随相对分子质量的增大而发生变化。

(7)电绝缘和耐光性能

UHMWPE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,因此对雷达波的透射率高于玻璃纤维复合材料。聚乙烯材料的介电常数的和节电损耗值这两个值最小,适用于制造各种雷达罩。此外,UHMWPE的介电强度约为700kV/mm,能抑制电弧和电火花的转移。

图1—14是各种纤维耐光性的比较,十分明显,UHMWPE纤维的耐光性是图中所有纤维中最好的。与芳纶纤维相比,UHMWPE纤维的断裂强度在长时间光照作用下依然有很高的保持率。芳纶纤维不耐紫外线,使用时必须避免阳光直接照射,而聚乙烯纤维由于化学结构上的优势,是有机纤维中耐光性最优异的纤维,

即使经过1500h光照之后,UHMWPE纤维的强度保持率还有68%左右,而其他纤维均在50%以下。

(8) 耐切割性能

高强高模聚乙烯纤维(商品名为Certran)具有良好的耐切割性能,与Kevlar29和Spectra1000


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