2.2 丝条拉伸成型
Before
萃取、干燥
含有溶剂的 冻胶丝条
多级热牵伸
未成形、较 粗的丝条
Aftபைடு நூலகம்r
经过萃取，将丝条中 的溶剂去除。通常采 用的萃取剂为碳氢清 洗剂，该萃取剂在干 燥过程中即可去除。
每一级牵伸过程都会 改变纤维分子间结构， 大分子由无序向有序、 定向排列，结晶度提 高。
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2.超高分子量聚乙烯纤维生产原理
1.十氢萘、石蜡油 、煤油可作为溶剂
原料 溶解
加热 牵伸
5.多级牵伸改变 分子排列状态
2.输送-搅拌 -加热-加压
螺杆 挤压
萃取、 干燥
4.将丝条中的溶剂 萃取、置换，萃取 剂挥发
3.实现计量泵挤 压物料变为丝条
喷丝板
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已产业化
20C80S,中国 开始理论研究
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2.超高分子量聚乙烯纤维生产原理
凝胶纺丝法
1.将UHMWPE溶解于适当的溶剂中形 成半稀溶液，减小分子链之间的缠 结； 2.喷丝孔挤出后在空气或水中冷却 凝固成凝胶原丝。保存大分子的解 缠状态； 3.通过超倍热延伸凝胶原丝大分子 链充分取向和高度结晶。
超高分子量聚乙烯
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1.超高分子量聚乙烯概述
1.1 聚乙烯分类
聚乙烯是由乙烯基单体自由基聚合而成的聚合物，分子的结构单元 为： CH2 CH2 n
C H 2 C H 2 聚乙烯结构特点：
CH2 CH2 n
•聚乙烯为线性聚合物，-C-C-链为柔性长链，为热塑性聚合物；
•分子对称，无极性基团存在，分子间作用力较小；
纺丝箱
纺丝箱的作用为保温、控温、均匀的将物料分配到每 一个纺丝组件。
喷丝板
喷丝板将物料挤压变为丝条，决定了纤维的成型及拉 伸性能，孔径及外形为主要的技术参数。
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2.超高分子量聚乙烯纤维生产原理
2.2 丝条纺制
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2.超高分子量聚乙烯纤维生产原理
LLDPE，Z-N型或Ti系高效催化剂
UHMWPE，Ti系高效催化剂
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1.超高分子量聚乙烯概述
20 世纪30 年代，Staudinger 教授提 出了高强高模高分子必须具备的结构 模型，指出其大分子必须完美择优取 向和结晶。
1936 年，Boer 在Faraday 学会 研讨会上，提出如果由主价键计 算完美取向和结晶高分子材料的 话，主链方向杨氏模量可达 11000kg/cm2，而由范德华力控制 的话只有450kg/cm2。这种结构 模型只有在二种极端情况下才能 实现，即刚性的分子和非常柔性 的分子。
2.超高分子量聚乙烯纤维生产原理
2.2 丝条拉伸成型
萃取 （去溶剂）
冻胶溶液在喷丝孔道内受剪切作用，部分溶剂析出流入冷浴， 大量的溶剂保留于冻胶丝条的网络结构内，除去后方能进行有效的 高倍拉伸，通常采用低沸点且易挥发的第二溶剂（萃取剂）置换出 高汽化点的第一溶剂。
目前所采用的萃取剂有汽油、正己烷，二甲苯，四氯化碳，二 氯甲烷、四氯乙烷，三氯三氟乙烷或其他低沸点碳氢化合物。萃取 剂的选择必考虑到萃取效率以及萃取剂的安全性和毒性。
2.超高分子量聚乙烯纤维生产原理
2.1原料溶解 溶解是分子间的作用力被溶剂分子拆散的过程，溶质和溶剂
分子本身及相互间的作用力相对大小将影响溶解进程。超高分 子量聚乙烯的分子量极高、分子结构规整，分子间有强烈的形 成结晶的趋势，结晶度极高，溶剂分子很难折散这种作用力， 因此UHMWPE很难均匀充分溶解，只有在高温下才能溶解于二甲 苯、十氢萘等少数几种溶剂中。
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1.超高分子量聚乙烯概述
1.2 超高分子量聚乙烯
分子量为80万～500万的聚乙烯称为超高分子量聚乙烯，分 子量是超高分子量纤维力学性能的基础，分子量越高，端基浓 度越小，增加了大分子链间的相互作用力，受外力时大分子链 间的缠结点与吸引点相互作用，达到分散作用力的目的。
万的UHMWPE
荷兰DSM公司十 氢萘溶剂凝胶纺 丝法，申请专利
6000吨 4500吨 600吨
美国Allied Signal 公司购买专利
1990年实现 工业化生产
20C90S 2008 2010 2012
帝斯曼公司生产规模图
商品名spectral 900/1000
联合日本东洋 纺织Dyneema SK-60
•聚乙烯分子链空间排列呈平面锯齿形，键角为109.3°；
•分子链良好的柔顺性和规整性，似的聚乙烯的分子链可以反复折叠并 整齐堆砌排列形成结晶。
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1.超高分子量聚乙烯概述
聚乙烯按照密度可分为：
低密度 聚乙烯
高密度 聚乙烯
线性低密 度聚乙烯
超高分子 量聚乙烯
LDPE,高压法合成，催化剂为 ROOR HDPE，中压法或低压法合成， 催化剂为Cr系或Ziegler
CH2 CH2 n
分子量不同赋予聚乙烯不同的性能，分子量越高，拉伸强度、 表面硬度、耐磨性、耐蠕变、耐老化和耐溶剂性提高，断裂伸长率 降低。
n ≈ 1.79×105～1.96×105
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1.超高分子量聚乙烯概述
1.3 超高分子量聚乙烯纤维的发展
？
20C70S,利兹大学
研制出分子量10
冻胶纺丝法
1.溶解UHMWPE于适当的溶剂中， 制成半稀溶液； 2.经喷丝孔挤出，以空气或水骤冷 纺丝溶液，将其凝固成冻胶原丝， 形成折叠链片晶； 3.通过萃取、超倍热拉伸大分子链 充分取向和高度结晶，折叠链的大 分子转变为伸直链结构。
除此之外，UHMWPE纤维的纺丝方法还有高压固态挤出法、 增塑熔融纺丝法、表面结晶生长法。冻胶纺丝--超拉伸技术制备 高强度、高模量聚乙烯纤维是70年代末出现的一种新颖纺丝方法， 是目前UHMWPE纤维唯一可产业化应用的纺丝方法。
十氢萘
烷烃类
UHMWPE理想的溶剂， 低温下溶解，冻胶丝 可不经萃取直接牵伸
价格昂贵，我国 目前无大量生产
价格便宜
馏程高，需增加 萃取工艺，使用 关键为如何降低 溶剂在纤维成品 中的含量。
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2.超高分子量聚乙烯纤维生产原理
2.2 丝条纺制
双螺杆挤出机
螺杆挤出机的作用为物料的传输-搅拌-加热-加压，将 UHMWPE大分子链解缠，赋予大分子链间适当的缠结点密度。