摘　要：高性能聚乙烯纖維作為新型有機纖維，其性能與復合材料的應用是科研人員研究的熱點之一。著重探究高性能聚乙烯纖維的性能、表面改性以及復合材料的應用等問題。 
關鍵詞：高性能聚乙烯纖維　表面改性　復合材料　應用
　　
　　近幾年，纖維的高性能、高功能和高感性一直是研究者對新型化纖材料研究的重點，高性能聚乙烯纖維是繼碳纖維、芳綸之后具有極其重要戰略意義的新型纖維材料，因其獨特的性能，該纖維及其增強復合材料已被廣泛應用于多個領域，倍受研究人員與生產企業的青睞。

1　高性能聚乙烯纖維的結構及特點

　　高性能聚乙烯纖維的高強高模特性來源于自身的超高相對分子質量、沿軸向高度取向和晶體結構。聚乙烯具有亞甲基相連的大分子鏈的化學結構，在超倍牽伸時，形成伸直鏈超分子結構，高性能聚乙烯纖維的優越性能完全是由于它的這種超分子結構決定的。
　　高性能聚乙烯纖維的一個突出優點是密度低，為0.97g/cm3，使得其質量輕的同時，能夠達到較大的比拉伸強度和拉伸模量；由于聚乙烯不含易與接觸物質發生反應的羥基、芳香環等基團，使得其具有高耐酸堿腐蝕性；同時，高性能聚乙烯纖維熔點比普通聚乙烯低，沸水收縮率也較低。另外，即使在很低的溫度下，該纖維仍能夠保持柔軟。
 
2　高性能聚乙烯纖維的缺點及改進現狀

　　高性能聚乙烯纖維有其不可避免的不足，如熔點低蠕變高，在制造復合材料的過程中具有較高的纖維表面惰性和較差的浸潤性。這些特點直接影響了高性能聚乙烯纖維在復合材料中的應用范圍，圍繞高性能聚乙烯纖維制造與改性的研究也在近些年取得了階段性成果。
　　1）改進低熔點和高蠕變。研究證明進行放射處理，使超高強聚乙烯纖維產生分子間交聯，或提高其分子量或共聚（如使用有機過氧化物等化學物質）改性，均可使纖維蠕變得到改善，熔點得以提高。
　　2）改進纖維與基體的粘結性。高性能聚乙烯纖維的化學惰性和低表面能，決定了其與基體的粘合性很低，研究表明可以通過以下方法對其加以改進：① 使用化學試劑進行處理。如用二甲苯、鉻酸、高錳酸鉀等強氧化性劑對高性能聚乙烯纖維表面進行氧化處理，產生含氧活性基團，與基體形成化學鍵，使其表面凸凹不平，加大其粗糙程度，提高其粘接性能；② 使用輻射引發表面接枝處理。用丙烯類單體，如丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯等，接枝在高性能聚乙烯纖維鏈上，提高纖維與樹脂基體的粘接性能；③ 采用電暈放電處理及等離子處理。它是利用等離子體發生裝置產生等離子流利用它沖擊纖維表面達到很高表面活性的目的其總的效果是在纖維表面產生微凹痕增加纖維表面積通過處理，使其表面形成極性基團，從而提高其與樹脂基體的粘接性能；④ 目前高性能聚乙烯纖維復合材料常用的樹脂體。由于上述3種方都會損害纖維的綜合性能為代價的，而且拉伸強度和模量下降尤為明顯，所以尋找或合成樹脂基體來提高粘接性則是較好的方式。經過大量研究，目前符合聚乙烯纖維復合材料用樹脂基體條件的有聚氨酯類、橡膠類、乙烯酯類樹脂體。

3　高性能聚乙烯纖維復合材料類型

　　高性能聚乙烯纖維復合材料主要有以下幾類：
　　1）自增強類。是以高密度聚乙烯或低密度聚乙烯為基體材料，以高性能聚乙烯纖維為增強體的纖維增強復合材料。選擇同一類型的聚乙烯樹脂作為基體材料能夠改善UHMPE的界面粘結性差的缺點，并且有利于回收再利用的現代環保要求。
　　2）填充型復合材料。這種符合材料是在以往材料的基礎上，為完善其綜合性能而進行適當地材料填充（填充料有水合氧化鋁、水不溶性硅酸鹽、碳酸鈣、堿式碳酸鋁鈉、羥基硅灰石、碳酸鈣、硅藻土和高嶺土等）。這種復合材料通過反作用力于載荷和阻止裂縫擴展而提高復合材料的延伸性，并且有利于降低成本。
　　3）高性能聚乙烯纖維的合金化和復合化材料。對于合金化，以PP（聚丙烯）/UHMPE合金為突出，長鏈的PP分子與UHMPE分子構成一種共混網絡，受到外力沖擊時，它會發生較大形變以吸收外界能量，起到增韌的作用，形成的網絡越完整，密度越大，則增韌效果越好。對于復合化，UHMPE可與塑料、橡膠、橡膠硫化形成合金來改善和提高其綜合性能。

4　高性能聚乙烯纖維復合材料應用現狀及前景展望

　　由于高性能聚乙烯纖維具有諸多優點，所以應用范圍較大：
　　1）漁業與海洋纜繩。目前，利用高性能聚乙烯纖維制作的漁網，僅為普通纖維漁網重量的60%，能夠提高捕撈效率，減少漁船能耗。用該纖維制作的深海養殖網箱，其良好的機械性能能防止食肉魚對經濟魚類的獵殺，有效降低養殖成本。另外，國內外相關標準要求必須配備1條重達100kg的高性能聚乙烯纖維纜繩，以替代傳統的鋼索。這給國內該產業提供一個重要的市場空間。
　　2）防沖擊吸能領域的安全防護。高性能聚乙烯纖維與樹脂復合材料具有良好的韌性，因此在防沖擊吸能領域具有非常好的應用。例如用于制作避彈衣、頭盔、復合裝甲等；用于安全生產的防切割手套、護具、防沖擊板材等；用于高危環境下的防沖擊護具，如警用防刺服、礦工防砸頭盔等。隨著該纖維生產成本的下降，其在防沖擊吸能領域也將有著非常好的發展前景。
　　3）軍事國防。高性能聚乙烯纖維介電常數低、電信號失真小、透射系數高，是用于雷制作高性能輕質雷達罩的選材料；高性能聚乙烯纖維復合材料質輕、耐沖擊，適用做于飛機一些非高溫部位的金屬替代材料，現在飛機翼尖等領域有所使用；在輕質裝甲方面，高性能聚乙烯纖維可用于直升機防護裝甲、坦克裝甲、裝甲車裝甲等，有很好的應用前景。隨著隨軍備水平的提高，對高性能聚乙烯纖維的需求也將越來越多。
　　4）體育用品。利用高性能聚乙烯纖維復合材料的高比強度和比模量、韌性和損傷容限好等特點制成的運動器械，重量輕且結實耐用。市場上已經有網球拍、滑雪板、沖浪板等體育用品的骨架材料是由其制作的，并且以其優良的性能，贏得了使用者的喜愛。
　　5）醫用高分子材料。高性能聚乙烯纖維具有較好的生物相容性和化學穩定性好，一般不會引起人體的過敏反應和生物排斥反應。可以用作牙科用絲線、醫用移植線、牙托材料、人造韌帶等方面。

5　結　語

　　在“十一五”規劃中，已經將高性能聚乙烯纖維項目列為重點發展的高科技項目，并將該種纖維作為鼓勵發展的特種纖維之一。隨著“十二五”開局之年的到來，我國經濟水平和科技水平將必定有更大的提高，高性能聚乙烯纖維也將有著更加廣闊的應用前景。
　　
參考文獻：
　　[1]張乾、王汝敏，高性能聚乙烯纖維及其復合材料研究進展[J].高科技纖維與應用，2001（08）.
　　[2]任意，超高分子量聚乙烯纖維性能及應用概述[J].廣州化工，2010（08）.