超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的基础理论，早在上世纪30年代就有人提出过，然而真正在技术上取得重大突破的是凝胶纺丝法。1975年荷兰帝斯曼公司(DSM)利用十氢萘做溶剂发明了凝胶纺丝法(Gelspinning)，成功制备出了UHMWPE纤维，并于1979年申请了专利。此后经过十年的努力研究，证实凝胶纺丝法是制造高强聚乙烯纤维的有效方法，具有工业化前途。

UHMWPE凝胶纺丝过程简述如下:溶解UHMWPE于适当的溶剂中，制成半稀溶液，经喷丝孔挤出，然后以空气或水骤冷纺丝溶液，将其凝固成凝胶原丝。在凝胶原丝中，几乎所有的溶剂被包含其中，因此UHMWPE大分子链的解缠状态被很好地保持下来，而且溶液温度的下降，导致凝胶体中UHMWPE折叠链片晶的形成。这样，通过超倍热拉伸凝胶原丝可使大分子链充分取向和高度结晶，进而使呈折叠链的大分子转变为伸直链，从而制得高强度、高模量纤维。

经过二十几年的产业化与市场开发，目前国际上高性能聚乙烯纤维形成两大品牌:Dyneema(荷兰DSM公司)和Spectra(美国Honeywell公司)，相应代表了两条不同的生产工艺技术路线:一条是以Dyneema为代表的高挥发性溶剂(十氢萘)干法凝胶纺丝工艺路线，简称干法路线;一条是以Spectra为代表的低挥发性溶剂(石蜡油、煤油、矿物油、白油等)湿法凝胶纺丝工艺路线，简称湿法路线。

干法路线系采用高挥发性十氢萘溶剂制备超高分子量聚乙烯纺丝原液，纺丝原液自喷

丝孔挤出后使十氢萘气化逸出,得到干态凝胶原丝，经高倍拉伸得高强高模聚乙烯纤维。该路线溶剂直接回收而无需经过连续多级萃取剂萃取和热空气干燥及溶剂与大量萃取剂的分离回收等流程，且生产速度较高。

湿法路线系采用低挥发性溶剂(矿物油、白油等)制备超高分子量聚乙烯纺丝原液，纺丝原液自喷丝孔挤出后进入水浴(或水与乙二醇等的混合浴)凝固得到含低挥发性溶剂的湿态凝胶原丝。将该湿态凝胶原丝用高挥发性和优良萃取性能的萃取剂(氟利昂或其它试剂)经连续萃取装置多级萃取，使低挥发性溶剂被置换出凝胶原丝(萃取剂、溶剂和水等的混合物收集后送至精馏装置分离回收)，置换入凝胶原丝中的萃取剂经连续多级干燥装置充分气化逸出，得干态凝胶原丝，经高倍拉伸得高强高模聚乙烯纤维。

高强聚乙烯纤维是20世纪70年代由英国利兹大学的Capaccio和Ward首先研制成功，当时所用的聚乙烯分子量只有10万。此后荷兰DSM公司利用十氢奈做溶剂发明了凝胶纺丝法，制备出了UHMWPE纤维，并于1979年申请了专利，1990年实现了工业化生产。美国的联合信号公司(AlliedSignal)购买了荷兰专利，把溶剂换成了矿物油，申报了自己的专利，于1988年实现了商业化生产，其纤维商品名为Spectra900，Spectra1000。荷兰DSM公司1984年开始与日本东洋纺织(株)滋贺工厂合资建50吨/月的中试工厂，纤维商品名为DyneemaSK-60。1990年DSM公司开始在本国荷兰Heerlern的一个工厂进行工业化生产。日本的另一家企业三井石化公司在1983年采用凝胶挤压超倍拉伸法，以石蜡作溶剂，生产高强高模聚乙烯纤维，商品名为Tekmilon。宁波大成联合科研院所从1996年开始，历时4年，发明了混合溶剂，并申请了专利，于2000年实现了产业化。大成冻胶纺丝的

超高分子量聚乙烯?(溶胀溶解)纺丝溶液?(双螺杆纺丝冷却固化)含大量溶剂的初生冻胶纤维?(萃取干燥)干冻胶纤?(多级多段热位伸卷绕)成品纤维