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高性能纤维有多“硬核”?竟让防弹衣做到“轻薄如纸,...

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据俄罗斯卫星网1月15日消息报道,俄罗斯技术集团武器消息人士表示,俄军未来的"百人长"单兵装备,将依靠特殊材料来实现创纪录的轻重量,同时其保护程度将超过所有现有防弹衣。
根据俄罗斯方面公布的资料,"百人长"可以阻止以每秒670米速度飞行的弹片,拥有极佳的防护性,而且还能够抵消打击冲击,从而减小士兵因遭受冲击而承受内脏损伤的概率。
目前来看,防弹衣主流材料包括凯夫拉纤维、碳纤维以及高强PE纤维
这三者之中,高强PE纤维是最具发展前景的材料,俄罗斯最新的防弹衣设计就是依托这种材料而来。
虽然聚乙烯通常被人们当作塑料的代名词,但超高分子聚乙烯纤维和塑料材质的差距是非常巨大的,超高分子聚乙烯纤维是世界上最坚韧的纤维,其强度是钢铁的15倍
超高分子量聚乙烯,也称UHMWPE纤维突出的特性是与其极高的分子量分不开的。
一般说来,只有平均分子量大于170万的超高分子量聚乙烯树脂,才具有常规分子聚乙烯所不具备、其它工程塑料无法比拟的优良性能。
因此,人们通常把平均分子量超过170万的聚乙烯称之为超高分子量聚乙烯。
UHMWPE纤维的生产采用凝胶纺丝(又称冻胶纺丝)方法进行。现有的生产工艺可以分为两大类,一类以DSM和东洋纺为代表的干法纺丝法,另一类以Honeywell为代表的湿法纺丝法。
两者的主要区别是采用了不同的溶剂和后续工艺。
DSM工艺采用十氢萘溶剂。
十氢萘易挥发,可以采用干法纺丝,省去了其后的萃取工段;Honeywell采用石蜡油溶剂,需要后续的萃取工段,用第二溶剂(萃取剂)将第一溶剂萃取出来。
Honeywell等公司采用的石蜡油,又称矿物油或者白油。一般为沸点高于350℃的烃类混合物
国内现有的生产厂家大多数都采用石蜡油为溶剂的湿法纺丝工艺。国内外使用较多的萃取剂有氟氯烃、溶剂汽油、甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷等。
氟氯烃低毒、不燃、萃取效率高,但是其使用受到保护臭氧层等国际公约的限制。
因此,寻找高效、低毒、安全的萃取剂一直是UHMWPE纤维生产工艺开发的重要内容。
通过化学、物理等方法改性生产出的超高分子量聚乙烯纤维,具有了更多的特性,在实际生产和应用中发挥着巨大的作用,也是科学工作者们研究的重点方向。
UHMWPE纤维具有高比强度,高比模量 比强度是同等截面钢丝的十多倍, 比模量仅次于特级碳纤维。
纤维密度低,密度是0.97g/cm3,可浮于水面。
断裂伸长低,断裂功大,具有很强的吸收能量的能力,因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。
抗紫外线辐射,防中子射线,比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。
耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。
也是由于超高分子量聚乙烯纤维具有以上众多的优异特性, 它在高性能纤维市场上,包括在海上油田的系泊绳、高性能轻质复合材料等方面均显示出极大的优势,在现代化战争和航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。
就如文章开头提过的,由于这种材质不仅极其坚固,而且异常地轻,其单位密度只有0.97克/立方厘米,由于此密度比水还要小,因此这种材质的防弹衣扔到水里都可以浮在水面上。
“轻薄如纸,坚硬如钢”这样的形容应该说是恰如其分,它所制作的军用防弹衣完全符合了坚固性和重量要求。
近几年来全球新材料产业20%左右的速度快速发展,市场发展趋势十分看好。
不可否认超高分子量聚乙烯纤维就是这其中的代表。
超高分子量聚乙烯纤维一直属于世界范围内的稀缺物资,世界年需求量约5万吨,其中美国占70%全世界产量不足9000吨,缺口很大。
因此,新材料是21世纪重点发展的产业复合化是新材料技术发展的重要趋势先进的复合材料更成为新材料发展的重要方向
疫情爆发的这段时间催生了很多产业的转型和升级,我们相信在未来将会有更多的中国产业投入到新材料的开发与研究中,我们将进入属于自己的“新材料时代”。

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