การเตรียมเส้นใย UHMWPE

UHMWPE หรือที่รู้จักกันในชื่อโพลีเอทิลีนโมดูลัสสูงที่มีความแข็งแรงสูง ปัจจุบันเป็นหนึ่งในวัสดุประสิทธิภาพสูงของโลกเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมที่ครอบคลุม เช่น ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการสึกหรอ และความหนาแน่นต่ำ ปัจจุบันจึงถูกนำมาใช้ในวัสดุป้องกันทางการทหาร วัสดุเครื่องจักรกลทางทหาร อุปกรณ์การบินและอวกาศ และสาขาทางการทหารอื่น ๆ

UHMWPE หรือที่รู้จักกันในชื่อโพลีเอทิลีนโมดูลัสสูงที่มีความแข็งแรงสูง ปัจจุบันเป็นหนึ่งในวัสดุประสิทธิภาพสูงของโลกเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมที่ครอบคลุม เช่น ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานการสึกหรอ และความหนาแน่นต่ำ ปัจจุบันจึงถูกนำมาใช้ในวัสดุป้องกันทางการทหาร วัสดุเครื่องจักรกลทางทหาร อุปกรณ์การบินและอวกาศ และสาขาทางการทหารอื่น ๆการพัฒนาเส้นใยประสิทธิภาพสูงเป็นรากฐานของอุปกรณ์ทางทหารของประเทศ และวัสดุขั้นสูงสามารถนำไปสู่เทคโนโลยีทางทหารขั้นสูง ซึ่งได้กลายเป็นรากฐานวัสดุที่สำคัญสำหรับการก่อสร้างประเทศสมัยใหม่ที่ทรงพลัง และครองตำแหน่งที่เด็ดขาดใน สาขาวัสดุทางการทหารทั่วโลก

1. คุณสมบัติของเส้นใย UHMWPE

เส้นใย UHMWPE มีคุณสมบัติครอบคลุมดีเยี่ยม มีความหนาแน่นสัมพัทธ์น้อย สามารถลอยน้ำได้และเส้นใย UHMWPEเป็นเส้นใยที่แข็งแกร่งที่สุดในโลกในปัจจุบันเมื่อเทียบกับเหล็ก เส้นใย UHMWPE มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กคุณภาพสูงมากกว่าสิบเท่านอกจากนี้ เส้นใย UHMWPE ยังมีความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่ง ทนต่อสารเคมี ทนต่อการสึกหรอ และคุณสมบัติอื่น ๆ ประสิทธิภาพที่ครอบคลุม เส้นใย UHMWPE ในสาขาสำคัญหลายแห่งในจีนมีบทบาทสำคัญ

1.1 คุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม

เมื่อเปรียบเทียบกับเส้นใยประสิทธิภาพสูงอื่นๆ ความหนาแน่นของเส้นใย UHMWPE เป็นอันดับสองรองจากเส้นใย PE และเส้นใยโพลีโพรพีลีนทั่วไป และเป็นวัสดุเส้นใยที่เหมาะสมที่สุดโดยมีความหนาแน่นน้อยที่สุดในบรรดาวัสดุกันกระสุนสามารถลดน้ำหนักของวัสดุและให้เอฟเฟกต์น้ำหนักเบาพร้อมทั้งรับประกันประสิทธิภาพการป้องกันกระสุนที่ดีขึ้น

เมื่อเปรียบเทียบกับคุณสมบัติอื่นๆ ความต้านทานแรงดึงของ UHMWPE นั้นเป็นอันดับสองรองจาก PBO และเส้นใยโพลีอะริลเอสเตอร์ และแตกต่างจากเส้นใยโพลีอะริลเอสเตอร์เพียง 0.1 เท่านั้นจะเห็นได้ว่า UHMWPE มีความต้านทานแรงดึงที่ดีเยี่ยม

เมื่อเปรียบเทียบกับเส้นใยอื่นๆ โมดูลัสเริ่มต้นมีค่าเป็นอันดับสองรองจาก PBO และคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งบ่งชี้ว่าเส้นใยมีความต้านทานค่อนข้างดีต่อความเสียหายต่อแรงดึง และไม่เสี่ยงต่อการเสียรูปเป็นเส้นใยลักษณะเฉพาะที่มีความแข็งแรงจำเพาะสูงและโมดูลัสเฉพาะซึ่งมีบทบาทสำคัญในวัสดุกันกระสุน

1.2 ประสิทธิภาพของฉนวนไฟฟ้า

ปรากฏการณ์คลื่นเรดาร์สะท้อนแสงไฟเบอร์ UHMWPE มีน้อยมาก มีประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าสูง เพิ่มค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของวัสดุคอมโพสิตแม้ว่าค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและค่าการสูญเสียของโพลีเอทิลีนจะน้อยที่สุดในบรรดาวัสดุอื่น ๆ เส้นใย UHMWPE มีประสิทธิภาพที่เส้นใยโพลีเอทิลีนแบบดั้งเดิมไม่สามารถเข้าถึงได้ และมีผลดีกว่าวัสดุทั่วไป ดังนั้นจึงเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับเรดาร์เรโดมด้วย คุณภาพสูงและเอฟเฟกต์แสง

1. 3 ทนต่อสภาพอากาศและทนต่อการสึกหรอ

เส้นใย UHMWPE มีความทนทานต่อสภาพอากาศได้ดีเยี่ยม และสามารถรักษาประสิทธิภาพสูงแบบเดิมไว้ไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากการส่องสว่างและสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเป็นเวลานานในขณะเดียวกัน เส้นใย UHMWPE มีความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการล้าจากการดัดงอสูงกว่าเส้นใยอะรามิดในวัสดุประสิทธิภาพสูง ดังนั้นความต้านทานการสึกหรอของเส้นใยนี้จึงดีกว่าเส้นใยประสิทธิภาพสูงอื่นๆเนื่องจากมีความทนทานต่อการสึกหรอสูงและประสิทธิภาพการประมวลผลที่ง่ายดาย จึงมีแนวโน้มการใช้งานที่ดีในด้านอุตสาหกรรม

1. 4 ทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี

โครงสร้างภายในของเส้นใย UHMWPE ค่อนข้างแน่นเป็นเพราะความเป็นผลึกสูงและการวางแนวของสายโซ่โมเลกุลภายในเส้นใย ทำให้เส้นใยมีความเฉื่อยทางเคมีที่รุนแรงดังนั้นภายใต้สภาวะกรดและเบสหรือสภาวะอุณหภูมิสูงและต่ำ เส้นใยจึงสามารถรักษาประสิทธิภาพเดิมไว้ไม่เปลี่ยนแปลงได้เป็นเวลานาน และยังคงปรับตัวและแสดงคุณค่าของมันในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

1. 5 คุณสมบัติการหล่อลื่นในตัวเอง

วัสดุ UHMWPE เมื่อเทียบกับวัสดุวิศวกรรมอื่นๆ วัสดุ UHMWPE มีปัจจัยแรงเสียดทานต่ำมาก ปัจจัยแรงเสียดทานต่ำทำให้เส้นใยตัวเองมีประสิทธิภาพในการหล่อลื่นดีขึ้น เป็นวัสดุที่ดีที่สุดในวัสดุพลาสติกภายใต้สภาวะที่ไม่มีสารหล่อลื่น ดังนั้นวัสดุ UHMWPE จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ในด้านวิศวกรรมโดยมีมูลค่าการใช้งานที่สูงมากเส้นใย UHMWPE ถูกนำมาใช้ในการทำงานของเครื่องจักร เมื่อเทียบกับเหล็กและทองเหลืองแบบเดิมภายใต้การทำงานของสารหล่อลื่นจะดีกว่าดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุทั่วไป เส้นใย UHMWPE ไม่เพียงช่วยประหยัดต้นทุนวัตถุดิบ แต่ยังรับประกันประสิทธิภาพการทำงานที่ยอดเยี่ยม ดังนั้นจึงมีมูลค่าการใช้งานที่สูงกว่า

2. วิธีการเตรียมเส้นใย UHMWPE

2.1 วิธีการปั่นเจล

มีหลายวิธีในการเตรียมเส้นใย UHMWPE ประสิทธิภาพสูง แต่เนื่องจากเหตุผลของตัวทำละลาย จึงไม่สามารถทำการเตรียมเส้นใย UHMWPE ได้การปั่นเจลเป็นวิธีที่ดีที่สุดวิธีการปั่นเจลแตกต่างจากการปั่นสารละลายทั่วไปหรือการปั่นแบบเปียก โดยทั่วไปจะใช้โพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเป็นวัตถุดิบ ทำจากสารละลายกึ่งเจือจางเป็นโดปแบบหมุน สารละลายโซ่โมเลกุลที่ยืดหยุ่นเพื่อพันกันในสารละลายกึ่งเจือจาง จากนั้นจึงปั่น การตกผลึก โซ่ยืดแรงดึงสูง หลังจากการสกัดจนถึงการยืดด้วยความร้อนซึ่งทำจากเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูงวิธีการปั่นเจลมีลักษณะพื้นฐานดังต่อไปนี้: (1) ใช้โพลีเมอร์น้ำหนักโมเลกุลสูงเป็นพิเศษเป็นวัตถุดิบ (2) ใช้สารละลายกึ่งเจือจางเป็นสต็อกปั่น;(3) ทำการยืดแบบไฮเปอร์เทอร์มอล และอัตราส่วนแรงดึงมากกว่า 30

2.2 วิธีการปั่นพลาสติกแบบพลาสติก

การปั่นแบบหลอมทำจากโพลีเมอร์หลอมโดยการปั่นแบบหลอมและการอัดรีดการปั่นแบบหลอมละลายแบบพลาสติกนั้นอยู่บนพื้นฐานของการปั่นแบบหลอม โดยเติมตัวเจือจางในปริมาณที่เหมาะสมให้กับพอลิเมอร์ที่ละลายเพื่อปั่น โดยใช้ตัวทำละลายผสมสกรูคู่ จากนั้นอัดรีด แช่ในสารสกัด จากนั้นยืดซ้ำซ้ำจะได้ความแข็งแรงสูงในที่สุด และเส้นใยโพลีเอทิลีนโมดูลัสสูง

2.3 วิธีการอัดขึ้นรูปโซลิดสเตตแรงดันสูง

หลักการของการอัดขึ้นรูปคือการเติมตัวทำละลายของแข็งที่เป็นเม็ดลงในเครื่องอัดรีด ถังวัสดุที่มีตัวทำละลายที่เป็นของแข็งจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิหลอมเหลว เพื่อให้วัสดุที่เป็นของแข็งหลอมเหลว สารหลอมเหลวจะถูกขนส่งไปที่ส่วนหัวของเครื่องด้วย รูปร่างคงที่ จากนั้นหลังจากการทำความเย็นและการขึ้นรูป ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะแข็งตัววิธีการอัดขึ้นรูปของแข็งแรงดันสูงอยู่บนพื้นฐานของการอัดรีดขึ้นรูปด้วยการหลอมด้วยความดันสูง สร้างตัวทำละลาย จากนั้นผ่านรูเจ็ต และแรงดึงสูง และในที่สุดก็ได้โพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง

2.4 วิธีการตกผลึกของพื้นผิว

เนื่องจากอัตราการเติบโตที่ช้าของผลึกเส้นใย วิธีการนี้จึงไม่ค่อยมีใครใช้ในการเตรียมเส้นใย UHMWPE

​