超高分子量聚乙烯的案例
長春應化所簡忠保研究員在常溫常壓溫和條件制備功能化超高分子量聚乙烯領域取得新進展
課題組隸屬于中科院長春應化所高分子物理與化學國家重點實驗室，主要研究方向為高性能聚烯烴與彈性體基礎科學與應用研究（主攻醫用材料、光學材料、交通與通信材料）。面向國家對化工新材料的重大需求，課題組集基礎學術研究、應用導向研究、與工業化探索研究于一體，多維度培養人才。熱忱歡迎有志青年（保研考研/博士后/特別研究助理）加入！
課題組簡介：
http://yjsb.ciac.cas.cn/dsjj/gfzhxywl/201905/t20190507_486556.html
相關進展
長春應化所簡忠保研究員課題組《Angew》：簡單而高效的鎳系催化制備超低支化UHMWPE
長春應化所簡忠保研究員課題組《德國應用化學》：超高支化主鏈官能化聚乙烯精準合成
四川大學張杰課題組：通過超高分子量聚乙烯和多流振動注射成型協同增強高密度聚乙烯——具有工業應用前景的簡易策略
紐約州立大學布法羅分校任申強教授課題組在仿生加工超高分子量聚乙烯上取得新進展
四川大學傅強教授：超高分子量聚乙烯燒結制品的鏈纏結調控及其對性能影響
高分子科技原創文章。
展開 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）分子量及其分布的3種表征方法
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）一般指黏均分子量在100萬以上的線性長鏈聚乙烯材料，具有高強度、耐沖擊、耐磨損、自潤滑、耐化學腐蝕、耐低溫等優異性能，利用其制備的纖維是世界三大高性能纖維之一，其比強度和比模量更是優于碳纖維以及芳綸纖。此外，該纖維還具有良好的彎曲性能、耐紫外線輻射、耐化學腐蝕、比能量吸收高、介電常數低、電磁波透射率高、摩擦系數低及突出的抗沖擊、抗切割等優異性能。
國高材分析測試中心的高溫GPC設備，分子量測試范圍從1,000到1000,000，流動相為1,2,4-三氯苯，可在150 ℃下對聚合物進行分析，適用于常溫下難溶的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚噻吩等，樣品要求為1 mg～1g固體或液體。
分子量大小決定了樹脂的最基本性能，隨著反應溫度的降低，平均分子量變大，而反應溫度上升鏈轉移反應的速度增加高于鏈增長反應速度時，平均分子量降低。在反應系統中，催化劑濃度的增加，使催化劑活性中心的數量隨之增大，造成鏈轉移反應的速度和鏈終止反應的速度增加高于鏈增長反應速度，平均分子量降低。
UHMWPE的各種性能直接與其分子量及其分布有關。UHMWPE分子量增大，不同鏈段偶然位移相互抵消的機會增多，分子鏈中心轉移減慢，要完成流動過程就需要更長時間和更多的能量，所以其黏度隨分子量的增大而增加，黏度過高又致使加工變得十分困難。目前國內UHMWPE纖維主要是采用濕法凍膠紡絲-超倍拉伸工藝，由于分子量不同的聚乙烯具有不同的溶脹、溶解性能，低分子量部分易于溶脹和溶解，率先進入溶解階段，引起溶液黏度劇增，并占據大量溶劑，阻礙高分子量部分的溶解。因此要求UHMWPE原料的分子量分布盡可能的小，否則會影響UHMWPE的均勻溶解，難以獲得均勻的溶液，甚至會影響工藝的順利進行。通常分子量分布一般應小于3.5。
展開 具有優異的電絕緣、高導熱性能的聚合物復合材料
聚合物良好的可加工性和電絕緣性能使其在熱管理中不可或缺，但其隨機盤繞的共價分子鏈會產生強烈的聲子散射，由此產生的低導熱系數極大地限制了其在散熱中的應用。
通過提高分子鏈的結晶度和有序度，聚乙烯纖維、聚乙烯薄膜、聚乙烯氧化物纖維和聚苯并二惡唑纖維獲得了優異的導熱系數。這為輕質、可加工和絕緣導熱材料開辟了兩個新思路。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)以其優異的力學性能、低密度、良好的耐化學性、高耐磨性等特點而備受關注。最近的研究已經擴大了在熱管理中使用聚乙烯的可能性。
超高分子量聚乙烯纖維具有較高的導熱系數和優良的絕緣性能，非常適合在電絕緣領域發展為導熱材料。目前，絕緣導熱材料主要是填充導熱填料，然而在高填充量下面臨導熱系數惡化、密度高、可加工性差等棘手問題。利用超高分子量聚乙烯纖維開發全聚合物復合材料有望解決上述問題。但目前很少有研究對超高分子量聚乙烯纖維復合材料的導熱系數進行研究，導熱系數大于10 W/mK的超高分子量聚乙烯復合材料更是罕見。
02
成果掠影
近期，北京大學白樹林教授在開發具有高導熱和電絕緣性能的聚合物復合材料取得新成果。
針對開發具有優異機械性能、電絕緣、高導熱的全聚合物復合材料，通過熱壓法制備了種具有（0°/90°、±45°）兩種取向結構的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維/環氧樹脂復合材料。發現±45°復合材料的面內導熱系數約為0/90°復合材料的1.3~1.4倍，并通過有限元模擬和模型計算驗證了相應的機理。
UHMWPE纖維形成的導熱通道使0/90°和±45°復合材料的面內導熱系數分別為9.94和13.61 W/mK。通過在纖維表面沉積聚多巴胺(PDA)和枝接聚醚胺(PEA)，改善了纖維/環氧樹脂界面的層間剪切強度(ILSS)和剪切模量分別提高了40.7%和52.3%。
展開 單根細絲線的承重高達35公斤，用于港珠澳大橋中的紡織高科技
港珠澳大橋
英文名：Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge
全長：55公里 設計壽命：120年 總投資：1000億元以上
開工時間：2009年12月15日 通車時間：2018年10月24日
港珠澳大橋是一幅名副其實的高科技大橋，用于吊裝港珠澳大橋的高性能吊繩正是我國自主研發生產的超高分子量聚乙烯纖維，由14萬根高強度纖維絲組成的吊帶要在海上吊裝6000噸的鋼筋混凝土預制件。
超高分子量聚乙烯紗線
超高分子量聚乙烯纖維直徑比頭發絲還細，單根細絲線的承重卻高達35公斤。由于該纖維具有密度低、比強度高、耐化學腐蝕性能優異、良好的耐沖擊性等眾多特性，在汽車船舶制造、醫療器械、體育運動器材、現代化戰爭、航空航天、海域防御裝備等領域發揮著舉足輕重的作用，是繼碳纖維和芳綸之后的世界第三代高強、高模、高科技的高技術纖維。
超高分子量聚乙烯繩索▲
港珠澳大橋是中國建設史上里程最長、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁項目，也是全球第一例集橋、島、隧道為一體的跨海大橋，建設難度極高，集成了很多跨行業跨領域的高科技，我們應該為大橋的建設者們點贊，為我們的紡織高科技點贊。
展開 
中國制造之防彈材料
凱夫拉(Kevlar)
70年代初，一種具有超高強度、超高模量、耐高溫的合成纖維——凱夫拉(Kevlar)由美國杜邦(DuPont)公司研制成功，并很快在防彈領域得到了應用。
這種高性能纖維的出現使柔軟的紡織物防彈衣性能大為提高，同時也在很大程度上改善了防彈衣的舒適性。美軍率先使用Kevlar制作防彈衣，并研制了輕重兩種型號。新防彈衣以Kevlar纖維織物為主體材料，以防彈尼龍布作封套。其中輕型防彈衣由6層Kevlar織物構成，中號重量為3.83千克。相比尼龍和玻璃纖維防彈衣，重量減輕50%；在單位面積質量相同的情況下，其防護力至少可增加1倍，并且具有很好的柔韌性。
“Kevlar”（凱夫拉）是商標名，實際材質為聚對苯二甲酰對苯二胺，它是屬于一種液態結晶性棒狀分子。這種液態結晶性棒狀分子結構，可以在濃溶液中形成高度有序的相疇，在紡絲定向拉伸時，相疇沿著剪切方向形成幾乎完美的分子取向，而賦予凱夫拉纖維極高的強度和模量。
超高分子量聚乙烯纖維UHMWPE
超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）是由相對分子質量在100萬到500萬的聚乙烯紡成的纖維，是目前世界上強度最高與比重最輕的纖維，其強度比鋼絲高15倍，但是很輕，最多可比芳綸等材料輕40%。
在國防軍需裝備方面，由于該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌、降落傘等，其中以防彈衣的應用最為引人注目。
它具有輕柔的優點，現已成為占領美國防彈背心市場的主要纖維。另外超高分子量聚乙烯纖維復合材料的比彈擊載荷值U/p是鋼的10倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍多。國外用該纖維增強的樹脂復合材料制成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強的復合材料頭盔的替代品。
展開 全世界70%防彈衣是"中國制造"！這些防彈材料你都知道嗎？
凱夫拉(Kevlar)
70年代初，一種具有超高強度、超高模量、耐高溫的合成纖維——凱夫拉(Kevlar)由美國杜邦(DuPont)公司研制成功，并很快在防彈領域得到了應用。
這種高性能纖維的出現使柔軟的紡織物防彈衣性能大為提高，同時也在很大程度上改善了防彈衣的舒適性。美軍率先使用Kevlar制作防彈衣，并研制了輕重兩種型號。新防彈衣以Kevlar纖維織物為主體材料，以防彈尼龍布作封套。其中輕型防彈衣由6層Kevlar織物構成，中號重量為3.83千克。相比尼龍和玻璃纖維防彈衣，重量減輕50%；在單位面積質量相同的情況下，其防護力至少可增加1倍，并且具有很好的柔韌性。
“Kevlar”（凱夫拉）是商標名，實際材質為聚對苯二甲酰對苯二胺，它是屬于一種液態結晶性棒狀分子。這種液態結晶性棒狀分子結構，可以在濃溶液中形成高度有序的相疇，在紡絲定向拉伸時，相疇沿著剪切方向形成幾乎完美的分子取向，而賦予凱夫拉纖維極高的強度和模量。
超高分子量聚乙烯纖維UHMWPE
超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）是由相對分子質量在100萬到500萬的聚乙烯紡成的纖維，是目前世界上強度最高與比重最輕的纖維，其強度比鋼絲高15倍，但是很輕，最多可比芳綸等材料輕40%。
在國防軍需裝備方面，由于該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌、降落傘等，其中以防彈衣的應用最為引人注目。
它具有輕柔的優點，現已成為占領美國防彈背心市場的主要纖維。另外超高分子量聚乙烯纖維復合材料的比彈擊載荷值U/p是鋼的10倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍多。
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凱夫拉(Kevlar)
70年代初，一種具有超高強度、超高模量、耐高溫的合成纖維——凱夫拉(Kevlar)由美國杜邦(DuPont)公司研制成功，并很快在防彈領域得到了應用。
這種高性能纖維的出現使柔軟的紡織物防彈衣性能大為提高，同時也在很大程度上改善了防彈衣的舒適性。美軍率先使用Kevlar制作防彈衣，并研制了輕重兩種型號。新防彈衣以Kevlar纖維織物為主體材料，以防彈尼龍布作封套。其中輕型防彈衣由6層Kevlar織物構成，中號重量為3.83千克。相比尼龍和玻璃纖維防彈衣，重量減輕50%；在單位面積質量相同的情況下，其防護力至少可增加1倍，并且具有很好的柔韌性。
“Kevlar”（凱夫拉）是商標名，實際材質為聚對苯二甲酰對苯二胺，它是屬于一種液態結晶性棒狀分子。這種液態結晶性棒狀分子結構，可以在濃溶液中形成高度有序的相疇，在紡絲定向拉伸時，相疇沿著剪切方向形成幾乎完美的分子取向，而賦予凱夫拉纖維極高的強度和模量。
超高分子量聚乙烯纖維UHMWPE
超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）是由相對分子質量在100萬到500萬的聚乙烯紡成的纖維，是目前世界上強度最高與比重最輕的纖維，其強度比鋼絲高15倍，但是很輕，最多可比芳綸等材料輕40%。
在國防軍需裝備方面，由于該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌、降落傘等，其中以防彈衣的應用最為引人注目。
它具有輕柔的優點，現已成為占領美國防彈背心市場的主要纖維。另外超高分子量聚乙烯纖維復合材料的比彈擊載荷值U/p是鋼的10倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍多。
展開 GPC與APC：誰更適合于高分子材料分子量測試分析
高分子材料老化過程研究
可以研究高分子材料在使用過程中的老化；多數聚合物加工時，必需加適量抗氧劑。
PART 06
六、測試注意事項
1. RID檢測器其靈敏度不太高，所以試樣的濃度不能配置得太稀。但另一方面色譜柱的負荷量是有限的，濃度太大易發生“超載”現象。
2. 一般情況下，進樣濃度按分子質量大小的不同在0.05~0.5% (質量分數)范圍內配置。分子質量越大，溶液濃度越低。
標樣配制應該嚴格按照標樣說明書進行。
3. 通常室溫靜置12小時以上，然后輕輕混勻。絕對不能超聲或者劇烈振蕩來加速溶解。(降解）
4. 溶液進樣前應先經過過濾，以防止固體顆粒進入色譜柱內，引起柱內堵塞，損壞色譜柱。
素材來源于網絡
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展開 用于熱管理的分層導熱聚合物納米復合材料
02
成果掠影
近期，布法羅大學Shenqiang Ren研究團隊提出了分層導熱納米復合材料，由納米結構陶瓷共形涂層和混合排列的超高分子量聚乙烯纖維組成，可定制電導體的散熱。混合排列的熱界面具有非常理想的各向異性高導熱系數，可達0.98W/mK，介電強度為3.4。此外，電隔熱界面在動態負載條件下表現出高性能和可靠的電氣系統。在相同的電負載下，非均勻陶瓷-聚合物封裝導體的表面溫度比聚合物封裝導體低17.8℃。研究成果以“Hierarchical thermal-conductive polymer nanocomposites for thermal management”為題發表于《Applied Materials Today》。
03
圖文導讀
圖1 a. 由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和陶瓷涂層組成的導熱材料示意圖。(I)排列UHMWPE纖維。（II）陶瓷涂層UHMWPE纖維。（III）異質陶瓷UHMWPE薄膜。（IV）異質薄膜涂層銅線。(V)異質薄膜盆栽銅線。b.熱導率、密度和介電常數圖和典型的聚合物。
圖2 a.UHMWPE涂層銅導線與UHMWPE聚合物鏈方向夾角的銅導線示意圖。b.帶有UHMWPE涂層的銅線的光學圖像。c.UHMWPE涂層銅線的溫度衰減曲線與電流方向和UHMWPE鏈方向的溫度衰減關系。(d)不同輸入功率下UHMWPE涂層銅線的溫度圖。
圖3 a.
展開 一種用于熱管理的聚乙烯/石蠟/氮化硼相變復合材料
該文報道了一種同時提高傳統PCM的導熱性和力學性能的新方法，該方法是通過將螺旋編織的超高分子量聚乙烯纖維織物嵌入PCM基體中。最終的PW/BN/UHMWPE PCM的面外導熱系數高達10.05 W/mK，面內導熱系數為7.92 W/mK，穿刺強度高達47.13 N，盡管溫度高于其相變點，但優于大多數報道的無機填充PCM。這種PW/BN/UHMWPE PCM用于封裝三重鋰離子電池系統，與傳統的PW/BN PCM相比，它使電池能夠更可靠地抵抗熱和機械濫用。這種通過將高導熱性和機械強度的纖維織物設計成基體的材料方法，也適用于其他導熱纖維和應用，這將為未來合成具有高導熱性和優異機械強度的聚合物復合材料提供更多機會。研究成果以“Dressing Paraffin Wax/Boron Nitride Phase Change Composite with a Polyethylene “Underwear” for the Reliable Battery Safety Management”為題發表于《Small》。
03
圖文導讀
圖1. 超高分子量聚乙烯纖維織物增強PCM的材料設計。
圖2. PCM材料的導熱性能。
圖3. PCM材料的力學和相變特性。
圖4. 鋰離子電池系統的熱管理和機械保護。
END
★ 平臺聲明
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展開 【03】入門彈性滑板支座（ESB）產品、原理與設計（第1篇）
分類
按照動摩擦系數大小，滑板支座可分為以下三類：
低摩擦滑板支座：動摩擦系數<0.03;
中摩擦滑板支座：0.03≤動摩擦系數≤0.06;
高摩擦滑板支座：動摩擦系數>0.06;
表示
示例1：有效直徑為800mm的圓形聚四氟乙烯滑板支座可表示為ESB-T-D800；
示例2：有效邊長為800mm的方形改性超高分子量聚乙烯滑板支座可表示為ESB-H-D800。
支座有效直徑800是指彈性滑板支座中橡膠體的有效直徑，彈性滑板支座壓應力、拉應力計算與此相關。
產品設計要點
滑移材料應采用無孔材料，厚度應不小于5mm，嵌入深度應不小于厚度的1/2，外露厚度應不小于2mm，在檢測及使用過程中嚴禁在滑移材料表面涂油和油脂；不允許出現脫皮、裂紋、分層或其他損傷破壞的現象。采用聚四氟乙烯滑移材料時，背面需經表面活化處理后，鑲嵌并粘結在下封板中；采用改性超高分子量聚乙烯滑移材料時，滑移材料應嵌固在下封板中。必要時兩種材料均可采用機械方式固定。
滑移面板不允許拼接，當采用鋼材時，應采用不銹鋼材料，含鉻量應大于等于18%。建議內陸地區：不銹鋼采用符合GB/T3280規定的06Cr19Ni10，06Cr19Ni13Mo3；沿海地區以及內陸腐蝕性環境：不銹鋼采用符合GB/T3280規定的022Cr19Ni13Mo3。當滑移面板對角線長度小于1500mm時，其厚度應不小于2mm，當滑移面板對角線長度大于或等于1500mm時，其厚度應不小于3mm。
上、下連接板采用Q235鋼板或Q345鋼板，厚度不小于25mm，其強度設計值參見GB20688.3-2006。
展開 
復合材料？
4、超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維的比強度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學試劑侵蝕性能和抗老化性能優良。它還具有優良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性，許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領域，在汽車制造、船舶制造、醫療器械、體育運動器材等領域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應用前景。該纖維一經問世就引起了世界發達國家的極大興趣和重視。
5、熱固性樹脂基復合材料
熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體，以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料制成的復合材料。環氧樹脂的特點是具有優良的化學穩定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度，廣泛應用于化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領域。1993年世界環氧樹脂生產能力為130萬噸，1996年遞增到143萬噸，1997年為148萬噸，1999年150萬噸，2003年達到180萬噸左右。我國從1975年開始研究環氧樹脂，據不完全統計，目前我國環氧樹脂生產企業約有170多家，總生產能力為50多萬噸，設備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機械強度高、電絕緣性優異、低發煙性和耐酸性優異等特點，因而在復合材料產業的各個領域得到廣泛的應用。1997年全球酚醛樹脂的產量為300萬噸，其中美國為164萬噸。我國的產量為18萬噸，進口4萬噸。乙烯基酯樹脂是20世紀60年代發展起來的一類新型熱固性樹脂，其特點是耐腐蝕性好，耐溶劑性好，機械強度高，延伸率大，與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結性能好，耐疲勞性能好，電性能佳，耐熱老化，固化收縮率低，可常溫固化也可加熱固化。
展開 玄武巖纖維：國內首個池窯項目點火 是我國最有競爭優勢的新材料
其采用的池窯方式生產技術由四川玻纖集團自主研發，將改變當前玄武巖纖維生產成本高、產能低、品質不穩定的現狀，使玄武巖連續纖維進入工業化量產階段。該項目投運達產后，將有效緩解當前玄武巖纖維產能不足的現狀。
2015~2021全球玄武巖纖維預測產量和銷售額
我國已把玄武巖纖維列為重點發展的四大纖維（碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯、玄武巖纖維）之一，具有高強度、耐溫性佳、抗氧化、抗輻射等特點，是我國最有可能率先在全球做強做大的新材料。玄武巖連續纖維已在纖維增強復合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業、高溫過濾織物以及防護領域等多個方面得到了廣泛的應用。
碳纖維布https://www.hongyantu.com/index.php?r=new%2Fview&id=2702
展開 PE塑料的成型特性介紹
化學名稱：聚乙烯
英文名稱:Polyethylene（簡稱PE）
比重:0.94-0.96克/立方厘米 成型收縮率:1.5-3.6%
成型溫度：140-220℃
特點：耐腐蝕性,電絕緣性(尤其高頻絕緣性)優良,可以氯化,化學交聯、輻照交聯改性,可用玻璃纖維增強.低壓聚乙烯的熔點,剛性,硬度和強度較高,吸水性小,有良好的電性能和耐輻射性;高壓聚乙烯的柔軟性,伸長率,沖擊強度和滲透性較好;超高分子量聚乙烯沖擊強度高,耐疲勞,耐磨. 低壓聚乙烯適于制作耐腐蝕零件和絕緣零件;
成型特性：
1.結晶料,吸濕小,不須充分干燥,流動性極好流動性對壓力敏感,成型時宜用高壓注射,料溫均勻,填充速度快,保壓充分.不宜用直接澆口,以防收縮不均,內應力增大.注意選擇澆口位置,防止產生縮孔和變形.
2.收縮范圍和收縮值大,方向性明顯,易變形翹曲.冷卻速度宜慢,模具設冷料穴,并有冷卻系統.
3.加熱時間不宜過長,否則會發生分解.
4.軟質塑件有較淺的側凹槽時,可強行脫模.
5.可能發生融體破裂,不宜與有機溶劑接觸,以防開裂
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