UHMW-PE(超 高分子量聚乙烯)膜的制备需克服其高分子量带来的加工难点(熔体粘度极 高,难以熔融流动),主要制备方法包括以下几种,每种方法的工艺特点和适用场景不同:
一、凝胶纺丝 - 拉伸法(常用)
工艺原理
利用凝胶纺丝技术(又称冻胶纺丝),将 UHMW-PE 粉末与低挥发性溶剂(如石蜡油、十氢萘)混合,形成均匀的凝胶状纺丝溶液,经纺丝制成厚片或纤维,再通过多级热拉伸使分子链高度取向,终形成高 强度薄膜。
关键步骤
凝胶制备:
UHMW-PE 粉末与溶剂按比例混合,在低温(如 60~80℃)下搅拌形成半固态凝胶,避免高温导致分子量降解。
纺丝成型:
凝胶经挤出机挤出成厚片或纤维(直径约 0.1~0.5 mm),溶剂部分保留在体系中,形成含溶剂的 “坯体”。
多级拉伸:
将坯体加热至接近熔点(如 100~120℃),进行单向或双向拉伸(拉伸比可达 10~30 倍),溶剂逐步挥发,分子链沿拉伸方向高度取向,形成高 强度薄膜。
特点
优势:
可制备高 强度、高模量的纤维增强膜,拉伸后强度提升 5~8 倍(拉伸强度可达 150~300 MPa),耐磨性极 佳。
适合制备超薄(微米级)或厚膜(0.1~1 mm),尺寸精度高。
局限:
需使用大量溶剂,工艺复杂,成本较高;溶剂回收需额外设备,环保要求高。
应用:
高性能领域,如防 弹衣内衬、航 空航 天轻量化材料、深海绳缆包覆膜。
二、模压 - 烧结 - 拉伸法(简单高 效)
工艺原理
通过粉末冶金原理,将 UHMW-PE 粉末直接模压成型为坯体,经烧结(低于熔点的热处理)后再拉伸成膜。
关键步骤
模压成型:
UHMW-PE 粉末在模具中加压(50~100 MPa)形成密实坯体(厚度 0.5~5 mm),密度可达理论密度的 80%~90%。
烧结处理:
坯体在120~130℃(低于熔点)下保温数小时,通过分子链扩散提高结晶度和密实度(密度接近理论值)。
热拉伸:
将烧结后的坯体加热至软 化点(约 100℃),进行单向或双向拉伸(拉伸比 5~10 倍),形成多孔或密实膜。
特点
优势:
无需溶剂,工艺简单,适合大规模生产;可制备厚膜(0.1~2 mm),成本较低。
局限:
拉伸比有限,分子链取向度低于凝胶纺丝法,力学性能略差(拉伸强度约 30~60 MPa)。
应用:
工业耐磨衬里(如管道内衬膜)、农业防穿刺地膜、包装用抗冲击膜。