江蘇連云港：一根絲的“千鈞”力量

2024-10-21 11:27 來源: 連網(wǎng)

分享到：

【連網(wǎng)】（記者周瑩徐婧通訊員鄭非凡楊子王月）仙俠片中，各式神仙騰云駕霧其實(shí)是因?yàn)檠輪T身上系著根神奇的“絲線”——超高分子量聚乙烯纖維組成的威亞繩。

這根只有頭發(fā)絲直徑寬的細(xì)絲，和碳纖維、芳綸合稱為“世界三大高性能纖維”，是世界上最堅(jiān)強(qiáng)有韌性的纖維。它的強(qiáng)度是鋼鐵的15倍，織成“布”可以抵擋子彈的沖擊。

由于強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、防彈、防割等特性，超高分子量聚乙烯纖維成了安全防護(hù)、航空航天、海洋工程等行業(yè)的核心材料，同時(shí)，其在體育器材、醫(yī)療、民用等領(lǐng)域應(yīng)用也日益廣泛，如高性能滑雪服、帆船、漁網(wǎng)、骨頭縫合線等。從防彈服到防切割手套，從深海養(yǎng)殖牧場(chǎng)用網(wǎng)衣到船舶系泊，從港珠澳大橋島隧工程施工中的“吊帶”到“蛟龍”號(hào)上配備的深海應(yīng)急救生纜，都是其“用武之地”。

目前，全球超高分子量聚乙烯纖維年產(chǎn)量約為6萬噸。預(yù)計(jì)2025年全球需求量將達(dá)到16.5萬噸。其中，美國和歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的需求量最為旺盛。

我國自20世紀(jì)80年代開展凍膠紡絲生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維的研究。2008年，連云港市聯(lián)合相關(guān)科研院所啟動(dòng)超高分子量聚乙烯纖維的研發(fā)工作。

近日，筆者走進(jìn)連云港神特新材料有限公司，了解這根“絲”何以有力拔山兮氣蓋世的“千鈞”力量。

6747844c395646fa87f48f811052383c

強(qiáng)度是優(yōu)質(zhì)鋼材的15倍

走進(jìn)神特新材料展館，筆者看到一根白色“絲線”被密密麻麻地卷繞在藍(lán)色的卷軸上，輕輕一吹還可以看到絲線根根分明。

“這根絲線至今還沒有人可以拉斷。”連云港神特新材料有限公司研發(fā)負(fù)責(zé)人蔣干兵非常自信地說。

筆者不服輸，決定向這根“絲線”發(fā)起挑戰(zhàn)，結(jié)果手指快要割出印子了，整根“絲線”依舊紋絲不動(dòng)。原來，這根“絲線”是由360根0.02毫米細(xì)絲超高分子量聚乙烯纖維組成的。

這種纖維材料被業(yè)界稱為：“細(xì)如發(fā)絲、輕若鴻毛、強(qiáng)過鋼鐵”，簡(jiǎn)單地說，在同等條件下，超高分子量聚乙烯纖維強(qiáng)度是優(yōu)質(zhì)鋼材的15倍、玻璃和尼龍66的4倍、高于碳纖維和芳綸纖維。

聽起來有點(diǎn)抽象。如果提到神舟飛船返回艙降落傘，我們普通人可能會(huì)更有感觸。

中國神舟飛船返回艙的重量一般在3噸左右。落地時(shí)，其需要借助航天降落傘降落，減少?zèng)_擊。中國自制的航天降落傘展開面積達(dá)到了1200平方米，主要靠96根直徑2.5毫米傘繩串聯(lián)起來。別看這些傘繩直徑不大，但其承受力卻相當(dāng)驚人，可以直逼60噸。制作這種繩子的特殊材料就是芳綸以及超高分子量聚乙烯纖維。

超高分子量聚乙烯纖維為何能吊起千斤重量呢？因?yàn)檫@種纖維分子量超過200萬，且排列緊密有序，具有較高的極限強(qiáng)度和模量，不容易發(fā)生斷裂和變形。在港珠澳大橋修建時(shí)，施工人員就用14萬根超高分子量聚乙烯纖維組成的吊帶從海上吊裝了6000噸的鋼筋混凝土預(yù)制件。

不僅如此，它還可以編織現(xiàn)代的“金絲軟甲”。因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有極高的強(qiáng)度和優(yōu)秀的韌性，并可以吸收大量的動(dòng)能，因而具有良好抗沖擊性能，其織成的“布”可以做成防彈衣；編織的手套，具有防刺防割的功能，因而可以抓取碎玻璃。

180根絲紡成的“寬面條”

筆者走進(jìn)神特的生產(chǎn)車間。只見現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)人員將超高分子量聚乙烯粉末引入到混合釜中，與白油溶劑混合溶脹，通過雙螺桿擠出機(jī)將其溶解，形成均勻的紡絲溶液。

紡絲溶液進(jìn)入到計(jì)量泵中為隨后的噴絲做準(zhǔn)備。計(jì)量泵按照預(yù)設(shè)的計(jì)量將溶液導(dǎo)入到紡絲箱體內(nèi)的噴絲板中，進(jìn)行噴絲操作，然后經(jīng)過水槽冷卻，紡出了8束由180根絲組成的“寬面條”（即凍膠絲）。

這些“寬面條”經(jīng)過冷卻、靜置，將部分白油釋放出來。經(jīng)過靜置后的“寬面條”經(jīng)預(yù)拉伸工序，“寬面條”變?yōu)?ldquo;細(xì)面條”，為后續(xù)的萃取做好準(zhǔn)備。在萃取環(huán)節(jié)，“細(xì)面條”上面的白油溶劑被萃取出來，萃取劑通過干燥環(huán)節(jié)被“吹走”了，“濕面條”變?yōu)榱?ldquo;干面條”。卷繞機(jī)將“干面條”卷繞到牽伸輥上，經(jīng)過多級(jí)熱拉伸，一根根白色超高分子量聚乙烯纖維就成功制備完成了。前前后后十多次上百倍的拉伸，歷經(jīng)“千錘百煉”方能“強(qiáng)悍如斯”。

蔣干兵介紹，截至目前，神特已經(jīng)具有年產(chǎn)近千噸超高分子量聚乙烯纖維的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品規(guī)格齊全。并先后與江南大學(xué)、東華大學(xué)等高校院所建立起長(zhǎng)期的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，現(xiàn)擁有5個(gè)發(fā)明專利、30個(gè)實(shí)用新型專利。

加速拓展應(yīng)用場(chǎng)景

“我們正在加快超高分子量聚乙烯無緯布的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的延伸。”蔣干兵告訴筆者，本月首條生產(chǎn)線即將投入使用。

超高分子聚乙烯纖維材料具有超高強(qiáng)度、超高模量、低密度等特性，其制作的無緯布是制造防彈衣、防彈頭盔等防護(hù)裝備的主體復(fù)合材料，還可以提高航空器的防護(hù)能力，降低航空器的整體質(zhì)量，提高飛行性能。因?yàn)檫@個(gè)原因，國家將超高分子量聚乙烯纖維及其復(fù)合材料作為重要的戰(zhàn)略資源進(jìn)行儲(chǔ)備。國家發(fā)改委、工信部定位其為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料，并于今年7月將其納入到實(shí)施出口管制的原材料名錄中。

此次，連云港市啟動(dòng)建設(shè)的超高分子量聚乙烯無緯布正是熱門的新材料類型。這種“布”是用超高分子量聚乙烯纖維和膠黏劑鋪展出來，只有經(jīng)向，沒有緯向，因此被稱為“無緯布”，是當(dāng)今世界強(qiáng)度最高、比重最輕的防彈材料。同傳統(tǒng)芳綸制備的防彈材料相比，其能夠減重20%至30%。無緯布繼續(xù)進(jìn)行0/90正交復(fù)合、層壓就可以制作軟質(zhì)防彈衣、輕質(zhì)防彈頭盔、輕質(zhì)防彈裝甲板材，防刺、防切割服裝襯片和特殊公共防暴設(shè)施。目前，年產(chǎn)300噸無緯布即將投產(chǎn)，該項(xiàng)目投產(chǎn)后，港城高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展又將邁出新的步伐。

江蘇連云港：一根絲的“千鈞”力量

相關(guān)新聞