当代三大高性能纤维之：承重惊人的超高分子量聚乙烯纤维

2018年，由中央电视台和中国电影股份有限公司联合出品的大型纪录电影《厉害了，我的国》在全国上映，影片中在港珠澳大桥收官之战接头安装中发挥作用的缆绳，是由14万根超高分子量聚乙烯纤维组成的。这样一根直径0.5毫米的细丝线，承重力能达到35千克。

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维，又叫高强高模聚乙烯纤维、高性能聚乙烯纤维等。它是将分子量在100万以上的聚乙烯进行纺丝和高倍牵伸而制成的纤维，一般强度高于20厘牛/分特、模量高于800厘牛/分特，与碳纤维、芳纶并称为当代三大高性能纤维。

早在20世纪30年代，就有人提出了超高分子量聚乙烯纤维的基础理论，后来逐渐形成了两条不同的生产技术路线：一条是溶液干法冻胶纺丝技术路线，简称干法纺丝技术；另一条是溶液湿法冻胶纺丝技术路线，简称湿法纺丝技术。我国自20世纪80年代开展冻胶纺丝生产超高分子量聚乙烯纤维的研究工作，其后被国家发改委、科技部列为国家科技成果重点发展计划。

尽管生产技术路线不尽相同，但目的都是增大超高分子量聚乙烯大分子链取向，提高结晶度，改善纤维的聚焦态结构，使纤维在物理力学性能和化学性能方面极具优势，因此其在很多领域得到广泛使用，如军事、航空航天、航海、医疗、工业、渔业养殖、体育用品等。

超高分子量聚乙烯纤维具有优良的耐冲击性能，它在变形和塑形过程中吸收能量的能力和抵抗冲击的能力比E-玻璃纤维、碳纤维、芳纶都高。

即使在零下70摄氏度的条件下，仍然保持相当高的冲击强度。这个性能使得其在防护防弹方面有很大的用武之地。在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料，如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板以及雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣（手套、护颈等）、盾牌等。其中，以软质防弹衣的应用最为引人注目，它具有轻柔的优点，防弹效果优于芳纶，现已成为防弹背心的重要材料。此外，超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比弹击载荷值是钢的10倍，是玻璃纤维和芳纶的2倍多。用该纤维增强的树脂复合材料制成的防弹、防暴头盔已成为钢盔和芳纶增强复合材料头盔的替代品。

在航天工程中，由于该纤维复合材料轻质高强和抗冲击性能好，适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。该纤维也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索，其发展速度异常迅速。

超高分子量聚乙烯纤维的比强度和比模量是目前已知纤维中最高的，其比强度分别为高强度碳纤维的2倍、钢材的14倍，具有其他纤维不可比拟的优势。此外，它的耐疲劳、耐弯曲性、耐磨性好，所制成的缆绳反复加载7000次，强力不衰减。因此，其制成吊起6000吨港珠澳大桥接头的缆绳，是物尽其用。

超高分子量聚乙烯纤维化学结构比较单一，化学性质比较稳定，而且具有高度结晶的结构取向，使得其在强酸和强碱中不易受到活性基因的攻击，能够保持它原有的化学性质和结构，所以大部分的化学物质都不容易腐蚀它。它还具有抗紫外线性佳、电绝缘性好等特点，密度约0.97克/立方厘米，比水要小，因此被广泛应用于舰船系泊与拖缆、舰载机阻拦索与阻拦网、海洋平台拖缆、深海能源与矿产探测开发、移动式系泊缆绳、海洋打捞与救生等领域，解决了以往使用钢缆遇到的锈蚀和锦纶、涤纶缆绳遇到的腐蚀、水解、紫外降解等引起缆绳强度降低和断裂，需经常进行更换的问题。此外，超高分子量聚乙烯纤维缆绳具有高强轻质、安全性高、携带使用方便等特点，在树木养护、园林设计修剪、直升机快速投放物资等方面广泛使用；具有绝缘耐高压等特点，使其被广泛用于电力牵引线、搭桥、绝缘吊装、平衡挂线、江河跨线等领域；由于高强轻质的特点，超高分子量聚乙烯纤维缆绳在舞台特技、保护摄影机控制等方面也逐渐被使用。
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值得一提的是，由于它具有优良的耐腐蚀性和高强度，在海岛建设方面，成为传统钢筋骨架绝佳的替代建材材料。
超高分子量聚乙烯纤维结晶度在98%以上，具有高纯度、高强度、耐磨性、耐疲劳、生物相容性好、辐照后不降解等特点，因此在医疗生物材料方面广泛应用。该纤维增强复合材料用于牙托材料、医用移植物和手术缝合线等方面，生物相容性和耐久性都较好，并具有高稳定性，不会引起过敏，已作临床应用。此外，它还被用于医用手套和其他医疗措施等方面。
在工业上，超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板等；建筑方面可以用作墙体、隔板结构等，用其制作增强水泥复合材料可以改善水泥的韧度，提高抗冲击性能。
由于超高分子量聚乙烯纤维具有优良的物理化学性能，其在远洋深海生物捕捞、固定式海洋养殖网箱与海湾养殖、可移动式养殖网箱等方面得到很好的应用，这让上述捕捞和“草原游牧式”养殖得以实现。
目前，在体育用品上，超高分子量聚乙烯纤维已用于制作安全帽、滑雪板、帆轮板、钓竿、球拍及自行车、滑翔板、超轻量飞机零部件等，其性能较传统材料要好。随着体育事业的发展和全民健身活动的开展，其在此领域内将得到越来越多的应用。
未来，超高分子量聚乙烯纤维在生产工艺、产品质量和品种等方面仍然需要科技人员不断攻关，不断提高产品性能和降低成本，推动我国高性能纤维材料的创新发展、普及和应用。