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高强高模低蠕变UHMWPE纤维及其UD产品

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北京威亚高性能纤维有限公司对已积累的纤维生产和防护技术进行进一步探索,对UHMWPE纤维产业高性能化和防护产品及轻质复合材料制品进行技术攻关,在国内率先完成了高强高模和低蠕变高性能纤维及相关防护产品的研发,实现了国际先进的UHMWPE纤维增强轻质复合材料的研究和制备,且通过了纤维性能测试和防护制品实弹测试以及轻质复合材料的初步试验工作,完成了纤维和防护产品的生产工艺定型,及相关生产设备的自主研制工作。

UHMWPE纤维高性能化方面,本项目首先对原料进行研究,从UHMWPE的分子结构出发,根据其在双螺杆加工中会产生大分子自由基的特性,通过一定的反应,实现对大分子化学结构的控制,从而在原料端实现分子量及枝化程度的调控。同时在工艺上,利用纺丝-萃取-干燥-拉伸等关键生产过程,实现对UHMWPE聚集态结构的调控,控制结晶的生长方向和晶区数量,从而从不同方向上分别实现高强高模的UHMWPE纤维和低蠕变性的UHMWPE纤维。通过该项技术生产的UHMWPE纤维达到并超过了在国际上具有垄断地位的荷兰帝斯曼的SK99产品,成功填补了国内在高性能UHMWPE纤维生产上的空白。

UHMWPE纤维的无纬布生产方面,威亚公司首先选用自产的高性能化UHMWPE纤维,并优化选取更高机械强度、与UHMWPE纤维具有更佳界面作用的树脂,提高胶粘体系与纤维间的界面作用,增强无纬布结构的层间作用力,改善现有无纬布材料受到冲击后的回复能力,从而提高UHMWPE纤维防弹板抗多发弹冲击的能力,并使用先进的展丝和上胶工艺,提高无纬布的均匀性和防钝伤性能,进而实现在同样防护级别,使用我公司纤维制成的防弹衣重量更轻,为我国国防的防护产品领域提供了更优的解决方案。

此外在UHMWPE纤维增强轻质复合材料方面,充分利用高性能化UHMWPE纤维力学强度好、重量轻的特性,通过纤维表面改性处理,并经过热压贴合或真空导入等成型工艺,与热塑性树脂或热固性树脂复合,提升复合材料的抗拉伸、抗振动等性能,获得质量更轻、强度更佳的UHMWPE纤维增强热塑性或热固性树脂复合材料。由于UHMWPE纤维表面的惰性,难以与常规基体材料形成良好的界面粘合,这在国际上也是困扰UHMWPE纤维应用的一大难题,而通过本项目的实施,较好的突破了这一难题,因此本项目中UHMWPE纤维的界面改性技术具有世界领先的地位。

本项目针对高性能化UHMWPE纤维的生产、防护能力更强的防护复合材料制备和轻质高强的纤维增强复合材料开发这三个方面进行了技术攻关。首先在UHMWPE纤维的高性能化生产上,国内大多数厂家生产的UHMWPE纤维,与国际上处于领先地位的荷兰帝斯曼公司和美国霍尼韦尔公司的产品相比,相同纤度时强度和模量都偏低,并且在低蠕变产品上更是相差较远。通过本项目的实施,北京威亚公司实现了UHMWPE纤维的纤度为1600D时,强度≥40g/d,模量≥130Gpa的技术指标,在抗蠕变纤维方面,实现20%载荷蠕变速率≤0.017%/d的优异性能。在防护能力更强的复合材料制备上,使用北京威亚公司自产的高性能纤维与界面结合性能更强的粘合体系相复合,利用自主研发的展丝和浸胶工艺设备,制备性能优异的无纬布产品,并最终压制成所需的复合材料防护产品,实现了防护AK47产品的面密度低于14kg/㎡,并且在生产工艺上更环保,阻燃等性能更佳。同时在轻质复合材料领域,实现了UHMWPE纤维表面改性的技术攻关,纤维与基体材料的界面结合性能取得较大突破,进行了轻质复合材料的初步小试制备,小试产品与传统玻纤增强复合材料相比,重量减轻30%,目前正在进行中试开发。


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