超高分子量聚乙烯纱线性能研究及应用

陈建军，杨 勇，阮 洋

（1.中国石化仪征化纤股份有限公司，江苏仪征 211900；2.江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征 211900）

应用技术

超高分子量聚乙烯纱线性能研究及应用

陈建军1，2，杨 勇1，2，阮 洋1

（1.中国石化仪征化纤股份有限公司，江苏仪征 211900；2.江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征 211900）

研究了超高分子量聚乙烯纯纺纱线、纱线类型和不同比例混纺纱线的性能。结果表明超高分子量聚乙烯纱线具有高强低伸的特点，股线的断裂强度比单纱高10%以上，均匀性更好，可满足防护手套等特种领域对高强度、高耐磨纱线的需求，具有很好的应用前景。

超高分子量聚乙烯 纱线 性能

超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE），是强度最高的化学纤维，其主链是高度对称的亚甲基结构，理论断裂强度高达328 cN／dtex，主流产品的实际断裂强度在30～50 cN／dtex，初始模量大于900 cN／dtex，是名符其实的高强高模纤维。此外，其密度只有0. 97 g／cm3，低于多数合成纤维，而且化学稳定性好，抗冲击，耐切割，有非常广泛的用途［1，2］。

目前，超高分子量聚乙烯纤维主要以长丝制品为主，包括防弹用UD布、防切割手套、各类绳索、渔网等，用于安全防护、航海、渔业、体育用品等领域；短纤纱也有少量应用，如防护手套等。从产品特点看，短纤纱和长丝各有优势，短纤纱单丝间抱合更为紧密，手感较好，而且没有钩丝现象，短纤纱断裂强度比长丝要低，但其防切割性能基本一致，而且短纤纱的断裂强度仍远高于一般纱线产品，可在一定程度上满足特种行业对超高强度纱线的需求［3］。

随着国内超高分子量聚乙烯纤维产能的急剧扩张，单纯靠传统长丝产品的市场需求已经难以消化过快增长的产能，短纤维和纱线领域将是未来重要的市场增长点。笔者对各种超高分子量聚乙烯纱线的力学性能及应用进行了分析和探讨。

1 实 验

1.1 实验材料

各种超高分子量聚乙烯纱线短纤维由中国石化仪征化纤股份公司生产，纱线由中国纺织科学院提供。

1.2 测试设备

强力测试仪（英斯特朗Instron 5944）；

纱线捻度机（大荣纺仪，YGB 331A）；

束丝或纱线强力测试仪（上海德杰）；

单丝强力测试仪（上海新纤，XQ-1C）。

1.3 测试方法和标准

纱线的强伸根据国标GB／T 3916-1997《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》进行测试；纱线捻度根据国标GB／T2543.2-2001《纺织品纱线捻度的测定第2部分：退捻加捻法》进行测试。

2 结果与讨论

试验所用纺纱为强度稍低的低等级纤维超高分子量聚乙烯短纤维，断裂强度约23～28 cN／dtex，纤度约1.2～1.9 dtex。

2.1 纯纺纱线的性能

超高分子量聚乙烯纤维纯纺有一定的技术难度，主要表现在静电问题和强度过高造成的易损针布难以清理、接头困难，但只要工艺控制得当，可以实现顺利纺纱，而且纱线指标良好，29.5 tex×2纯纺纱线的主要指标如表1所示。

表1 超高分子量聚乙烯纯纺纱线性能指标

如表1所示，超高分子量聚乙烯纱线具有典型的高强低伸的特点，其断裂强度虽然比超高分子量聚乙烯长丝低，但仍远高于一般纱线产品，其强度接近同规格涤纶纱线的3倍，而断裂伸长只有涤纶纱线的一半左右，如果以强度更高的纤维为原料纺出的超高分子量聚乙烯纱断裂强度将会更高。

从重量偏差、捻度等指标看，纱线的实际物理指标较为理想，说明超高分子量聚乙烯纤维的纺纱有较好的可控性，而且重量偏差、条干CV、毛羽等均较好，纱线均匀度很高，可见超高分子量聚乙烯纤维虽然纺纱难度高，但完全可以纺出高品质的纱线。

2.2 混纺纱线的性能

2.2.1 纱线类型对其性能的影响

测试了不同规格UHMWPE／PET 90／10混纺纱线的力学性能指标，包括单纱、双股线、三股线等，结果见表2所示。

表2 UHMWPE／PET 90／10混纺纱线力学性能

如表2所示，和普通纤维纱线一样，超高分子量聚乙烯股线的断裂强度较单纱有明显提高，提高幅度在10%以上，而且整体来看，股线断裂强度CV和断裂伸长率CV也较单纱低，股线的均匀性明显好于单纱。在各类股线中，单纱较细的股线强度也较低一些。

2.2.2 不同混纺比例对纱线性能影响

为研究混纺比对超高分子量聚乙烯混纺纱线断裂强度的影响，分别测试了不同混纺比超高分子量聚乙烯纤维和涤纶及尼龙混纺纱线的断裂强度。

25 tex×2规格UHMWPE／PET 50／50、UHMWPE／PET 70／30、UHMWPE／PET 90／10、UHMWPE／PA6 50／50、UHMWPE／PA6 70／30、UHMWPE／PA6 90／10、UHMWPE 100%纱线的断裂强度测试结果如图1所示。

从图1可以看出，混纺纱线的断裂强度和混纺比不是线性关系，涤纶纤维10%的纱线断裂强度最高，纯UHMWPE纱线断裂强度略低于涤纶纤维含量30%和10%的纱线断裂强度，其原因比较复杂，因为纱线的断裂强度取决于纱线断裂时参与断裂的纤维的总量，在纱线断裂过程中有很大一部分纤维只是发生了滑移，并未断裂，而高性能聚乙烯纤维的表面摩擦系数很小，纱线中单丝间很容易滑移，涤纶纤维含量较少时这种纤维间的相对滑移更为容易，所以增加一定涤纶纤维含量反倒有助于提高纱线强度，但涤纶纤维含量更高时因其强度低使得纱线强度下降。而超高分子量聚乙烯与尼龙混纺纱线的断裂强度和混纺比的关系与上述原理相同，但具体趋势略有不同。

图1 不同混纺比混纺纱线断裂强度

2.2.3 与芳纶混纺纱线性能比较

另外还测试了一批UHMWPE／PPTA（芳纶）混纺纱力学性能指标，结果见表3所示。

从表3可以看出，高性能聚乙烯／芳纶混纺纱线的断裂强度为8 cN／dtex，在同规格纯UHMWPE和纯芳纶纱线之间。

表3 UHMWPE／PPTA（芳纶）以90／10混纺纱线断裂强度

3 应用领域

超高分子量聚乙烯纱线有较高的断裂强度和较低的断裂伸长，并有良好的耐磨性、抗切割性和优异的可编织性，可用于特种缝纫线，各种防切割、高耐磨织物产品，如特种箱包线、各种防护手套等。

3.1 在防护手套中的应用

和长丝相比，超高分子量聚乙烯短纤纱织物产品手感更好，风格独特，而且无钩丝现象，具有同样的耐磨性和防切割等级，结实耐用且防护性能良好，用其做成的防切割手套抗撕裂性和耐磨性均能达到4级，防切割性可达到5级，完全可以满足使用要求。

3.2 在特殊面料中的应用

超高分子量聚乙烯长丝织造能力差，只能在圆机、经编机上加工，面料风格单一，应用范围有限；但超高分子量聚乙烯短纤纱线织造能力强，可在多种编织机进行织造，而且可通过混纺改变风格、强度，在冰凉织物开发、家纺等多个领域实现应用。

3.3 在高强缝纫线中的应用

超高分子量聚乙烯短纤缝纫线，强度是普通缝纫线的2～3倍，在真皮缝制、特殊箱包线领域有很好的应用前景。

4 结 论

a）超高分子量聚乙烯纱线有很高的断裂强度和较低的断裂伸长，其断裂强度达到涤纶纱的3倍，断裂伸长只有其一半左右，而且纱线各项指标良好，可以开发出高品质的纱线产品；

b）超高分子量聚乙烯股线的强度较单纱高10%以上，而且股线的均匀性较单纱有明显提高；

c）在超高分子量聚乙烯短纤中混入一定比例的涤纶、锦纶、芳纶纤维，制成的混纺纱线具有良好的力学性能，并且有助于提高纱线断裂强度；

d）超高分子量聚乙烯纱线可满足特殊领域对高强度纱线的需求，并可用于开发耐磨、防切割纺织产品，其防切割性能和长丝基本一致，有广阔的应用前景。

［1］Roelof Marissen.Design with Ultra Strong Polyethylene Fiber［J］. Materials Sciences and App lication，2011，2：319-330.

［2］蔡忠龙，洗杏娟.超高模聚乙烯纤维增强复合材料［M］.北京：科学出版社，1997：73-75.

［3］R Marissen，et al.Cut Resistan Yarn，a Process for Producing the Yarn and Products Containing the Yarn：WO，2008046476［P］. 2008-04-24.

Study on perform ance and app lication of UHMWPE yarns

Chen JianJun1，2，Yang Yong1，2，Ruan Yang1

（1．Sinopec Yizheng Chem ical Fibre Company Limited，Yizheng Jiangsu 211900，China；2．Jiangsu Key Laboratory of Performance Fiber，Yizheng Jiangsu 211900，China）

The study on the performance of UHMWPE yarns is given in this paper，includingmono fiber yarn，the type of yarn and blending in varying proportions.The results show that the unique feature of UHMWPE yarn is stronger and lower elongation.The breaking strength of UHMWPE plied yarn is better than UHMWPE single yarn，up to 10%，and homogeneity is also better.UHMWPE yarns can meet the demand of high strength yarns in some special fields like cut resistant gloves，and themarket prospect for UHMWPE yarns is very broad.

UHMWPE；yarn；performance

TQ342.61

B

1006-334X（2014）03-0036-03

2014-08-16

陈建军（1964—），男，浙江建德人，高级工程师，主要从事高性能聚乙烯生产及管理工作。