超高分子量聚乙烯.ppt

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1、超高分子量聚乙烯纖維的制備原理研發(fā)部：王景景2012年5月28日杭州翔盛高翔纖維材料股份有限公司PE工藝技術(shù)高級互動培訓(xùn)之主要內(nèi)容1.超高分子量聚乙烯概述2.超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)原理3.超高分子量聚乙烯纖維的性能4.超高分子量聚乙烯纖維的應(yīng)用領(lǐng)域5.行業(yè)前景與展望1.超高分子量聚乙烯概述1.1聚乙烯分類聚乙烯是由乙烯基單體自由基聚合而成的聚合物，分子的結(jié)構(gòu)單元為：聚乙烯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：聚乙烯為線性聚合物，-C-C-鏈為柔性長鏈，為熱塑性聚合物；分子對稱，無極性基團(tuán)存在，分子間作用力較??；聚乙烯分子鏈空間排列呈

2、平面鋸齒形，鍵角為109.3°；分子鏈良好的柔順性和規(guī)整性，似的聚乙烯的分子鏈可以反復(fù)折疊并整齊堆砌排列形成結(jié)晶。低密度聚乙烯高密度聚乙烯線性低密度聚乙烯超高分子量聚乙烯LDPE,高壓法合成，催化劑為ROORHDPE，中壓法或低壓法合成，催化劑為Cr系或ZieglerLLDPE，Z-N型或Ti系高效催化劑UHMWPE，Ti系高效催化劑聚乙烯按照密度可分為：1.超高分子量聚乙烯概述1.超高分子量聚乙烯概述20世紀(jì)30年代，Staudinger教授提出了高強(qiáng)高模高分子必須具備的結(jié)構(gòu)模型，指出其大分子必須完美擇優(yōu)

3、取向和結(jié)晶。1936年，Boer在Faraday學(xué)會研討會上，提出如果由主價鍵計(jì)算完美取向和結(jié)晶高分子材料的話，主鏈方向楊氏模量可達(dá)11000kg/cm2，而由范德華力控制的話只有450kg/cm2。這種結(jié)構(gòu)模型只有在二種極端情況下才能實(shí)現(xiàn)，即剛性的分子和非常柔性的分子。1.超高分子量聚乙烯概述1.2超高分子量聚乙烯分子量為80萬～500萬的聚乙烯稱為超高分子量聚乙烯，分子量是超高分子量纖維力學(xué)性能的基礎(chǔ)，分子量越高，端基濃度越小，增加了大分子鏈間的相互作用力，受外力時大分子鏈間的纏結(jié)點(diǎn)與吸引點(diǎn)相互作用，達(dá)

4、到分散作用力的目的。n≈1.79×105～1.96×105分子量不同賦予聚乙烯不同的性能，分子量越高，拉伸強(qiáng)度、表面硬度、耐磨性、耐蠕變、耐老化和耐溶劑性提高，斷裂伸長率降低。1.超高分子量聚乙烯概述1.3超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展帝斯曼公司生產(chǎn)規(guī)模圖20C90S2008201020124500噸6000噸？20C70S,利茲大學(xué)研制出分子量10萬的UHMWPE荷蘭DSM公司十氫萘溶劑凝膠紡絲法，申請專利1990年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)美國AlliedSignal公司購買專利商品名spectral900/1000聯(lián)

5、合日本東洋紡織DyneemaSK-6020C80S,中國開始理論研究已產(chǎn)業(yè)化600噸1.溶解UHMWPE于適當(dāng)?shù)娜軇┲校瞥砂胂∪芤海?.經(jīng)噴絲孔擠出，以空氣或水驟冷紡絲溶液，將其凝固成凍膠原絲，形成折疊鏈片晶；3.通過萃取、超倍熱拉伸大分子鏈充分取向和高度結(jié)晶，折疊鏈的大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樯熘辨溄Y(jié)構(gòu)。凍膠紡絲法2.超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)原理1.將UHMWPE溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲行纬砂胂∪芤?，減小分子鏈之間的纏結(jié)；2.噴絲孔擠出后在空氣或水中冷卻凝固成凝膠原絲。保存大分子的解纏狀態(tài)；3.通過超倍熱延伸凝膠原絲大分子

6、鏈充分取向和高度結(jié)晶。凝膠紡絲法除此之外，UHMWPE纖維的紡絲方法還有高壓固態(tài)擠出法、增塑熔融紡絲法、表面結(jié)晶生長法。凍膠紡絲--超拉伸技術(shù)制備高強(qiáng)度、高模量聚乙烯纖維是70年代末出現(xiàn)的一種新穎紡絲方法，是目前UHMWPE纖維唯一可產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的紡絲方法。2.超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)原理加熱牽伸5.多級牽伸改變分子排列狀態(tài)原料溶解1.十氫萘、石蠟油、煤油可作為溶劑噴絲板3.實(shí)現(xiàn)計(jì)量泵擠壓物料變?yōu)榻z條螺桿擠壓2.輸送-攪拌-加熱-加壓萃取、干燥4.將絲條中的溶劑萃取、置換，萃取劑揮發(fā)2.超高分子量聚乙烯纖維生

7、產(chǎn)原理UHMWPE理想的溶劑，低溫下溶解，凍膠絲可不經(jīng)萃取直接牽伸十氫萘價格昂貴，我國目前無大量生產(chǎn)價格便宜烷烴類餾程高，需增加萃取工藝，使用關(guān)鍵為如何降低溶劑在纖維成品中的含量。溶解是分子間的作用力被溶劑分子拆散的過程，溶質(zhì)和溶劑分子本身及相互間的作用力相對大小將影響溶解進(jìn)程。超高分子量聚乙烯的分子量極高、分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，分子間有強(qiáng)烈的形成結(jié)晶的趨勢，結(jié)晶度極高，溶劑分子很難折散這種作用力，因此UHMWPE很難均勻充分溶解，只有在高溫下才能溶解于二甲苯、十氫萘等少數(shù)幾種溶劑中。2.1原料溶解螺桿擠出機(jī)的作用

8、為物料的傳輸-攪拌-加熱-加壓，將UHMWPE大分子鏈解纏，賦予大分子鏈間適當(dāng)?shù)睦p結(jié)點(diǎn)密度。雙螺桿擠出機(jī)紡絲箱的作用為保溫、控溫、均勻的將物料分配到每一個紡絲組件。紡絲箱噴絲板將物料擠壓變?yōu)榻z條，決定了纖維的成型及拉伸性能，孔徑及外形為主要的技術(shù)參數(shù)。噴絲板2.超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)原理2.2絲條紡制2.超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)原理2.2絲條紡制未成形、較粗的絲條多級熱牽伸每一級牽伸過程都會改變纖維分子間結(jié)構(gòu)，