高强高模聚乙烯纤维的结构和性能分析

聚乙烯是有机聚合物中构造最简单的化合物，而凝胶纺丝成型和超倍拉伸都是物理过程，所以UHMWPE纤维所具有的高性能可用它的特殊结构来解释。

（一）化学和物理结构

聚乙烯化学结构是亚甲基相连大分子链，锯齿形分子构型，其大分子链高度取向、高度结晶呈伸直链结构，具有串晶形态，晶区及非晶区的大分子充分伸展，非晶区中大分子链先后被拉直伸展，成为张紧的缚结分子。当纤维受到外力时，缚结分子承受大部分的张力，因此缚结分子越多纤维的力学性能越好。

用凝胶纺丝得到的纤维微细结构中，晶区和非晶区原有的缺陷被分散，间断分布在伸直链结晶连续基质中，如果能将大分子链完全伸直，就有可能排除这些缺陷，使伸直链结晶结构达到理想结构状态，此时UHMWPE纤维的极限强度可达32GPa。

（二）高强高模聚乙烯纤维的力学性能

目前商业化的高强高模聚乙烯纤维Dynnema、SPectra的力学性能见表9-13及图9-41。在高技术纤维中，它们的强度非常高，模量也很高，而密度小于1，其比强度和比模量明显高于其他高性能纤维，是最轻的高性能纤维。

高强高模聚乙烯纤维还具有高的能量吸收能力和抗冲击力。

表9-13　部分高性能纤维的力学性能(www.xing528.com)

图9-41　高性能纤维的强度和模量

（三）高强高模聚乙烯纤维的化学性能

聚乙烯是化学惰性化合物，耐化学性优良，在酸碱溶液中强度不会降低。在海水中也不会溶胀和水解，有抗紫外线及抗霉的能力。

（四）纤维的其他性能

高强高模聚乙烯纤维仍然非常柔软，挠曲寿命长，又因有较低的摩擦系数，比其他高性能纤维有更优越的耐磨性。

UHMWPE纤维的熔点只有150℃左右，其强度和模量随温度上升而降低，所以该纤维不宜在高温下使用，但在低温（0℃以下），对它并没有影响，即使150℃低温下，也不会脆化。通常该纤维的最高使用温度在85℃左右，如果短时间接触125℃高温仍可保持原来的性能，这一点对用于复合材料的加工非常重要。