超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維是20世紀80年代實現工業化生產的高性能纖維,又稱高強高模量聚乙烯纖維。UHMWPE纖維具備高相對分子質量、高度取向、分子鏈的高度纏結及高結晶度等性能特點,具有密度低、模量高耐紫外線、耐磨、抗沖擊、強度高等優勢,性價比極高。
UHMWPE纖維在國際上已成為21世紀蓬勃發展的高新技術材料。由UHMWPE纖維加工制成的繩索、紡織織物及復合材料被廣泛用于國防軍工、航空航天、海洋產業、體育器材、醫療衛生、建筑行業等諸多領域(見下表),發揮著舉足輕重的作用。
表 UHMWPE纖維的重點應用領域
目前,歐美和日本在UHMWPE纖維的應用領域結構比例上有一定差異。歐美方面主要應用于國防軍工領域的防彈衣、防彈頭盔和武器裝備上,其次為繩纜、漁網和勞動防護等。日本主要用于勞動防護、繩纜和漁網等領域,特別是防切割手套在汽車生產涂漆工序的使用需求量非常高。
國內方面,軍工領域同樣是我國UHMWPE纖維最大的應用領域,主要用于生產航空航天部件、坦克裝甲車部件、輕型車輛部件、防彈衣、防彈頭盔等。
01、國防軍工領域
由于UHMWPE纖維具有耐沖擊性能好、比能量吸收高、輕質、使用溫度范圍大等優勢,因此在國防軍工領域發揮了重要作用。UHMWPE纖維可以制成直升飛機/坦克/運鈔車和艦船的裝甲防護(防彈)板、雷達的防護外殼罩、導彈罩、盾牌、降落傘、防彈頭盔、防彈衣等不同產品。
UHMWPE纖維防護用品的使用溫度可低至零下150℃,而芳綸在零下30℃就會失去防彈性能,因此在高寒地區,UHMWPE纖維產品是防護用品的首選,現已占領美國防彈背心市場。此外,UHMWPE纖維復合材料的比彈擊載荷值是鋼的約10倍,是玻璃纖維和芳綸的2倍多。國外用UHMWPE纖維增強的樹脂復合材料制成的防彈頭盔、防暴頭盔已逐漸替代鋼頭盔和芳綸復合材料頭盔。
隨著國防軍工軍備水平的提高,對UHMWPE纖維產業的需求驅動力也將越來越大。
02、航空航天領域
在航空航天領域,由于UHMWPE纖維復合材料輕質高強和抗沖擊性能好,適用于制造各種飛機的翼尖結構件、飛船結構件等;用UHMWPE纖維制成的武裝直升機和戰斗機的殼體材料還具有優異的防彈性能;UHMWPE纖維也可以用作航天飛機著陸的減速降落傘和飛機上懸吊重物的繩索,取代了傳統的鋼纜繩和合成纖維繩索,其發展速度異常迅速。
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