一根頭發(fā)絲粗細(xì)的細(xì)線，卻能吊起千斤重物，抵擋子彈沖擊，甚至抵御深海壓力。這就是神奇的超高分子量聚乙烯纖維，一根“絲”的力量，竟能如此強(qiáng)大。
這根只有頭發(fā)絲直徑寬的細(xì)線，和碳纖維、芳綸合稱為“世界三大高性能纖維”，是世界上最堅強(qiáng)有韌性的纖維，強(qiáng)度是鋼鐵的15倍。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，其在體育器材、醫(yī)療、民用等領(lǐng)域應(yīng)用也日益廣泛。
據(jù)了解，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)科研院所啟動了超高分子量聚乙烯纖維的研發(fā)工作。
一根“絲”何以有力拔山兮氣蓋世的“千鈞”之力?近日，筆者走訪了連云港神特新材料有限公司。
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，根根分明。
“這根線至今還沒有人可以拉斷?！边B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，向這根“絲線”發(fā)起挑戰(zhàn)，結(jié)果直到手指快割出印子，“絲線”依舊紋絲不動。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。
我國自制的神舟飛船返回艙降落傘就是由芳綸以及超高分子量聚乙烯纖維組成的。中國神舟飛船返回艙的重量一般在3噸左右，落地時，需要借助航天降落傘降落以減少沖擊，96根直徑2.5毫米傘繩串聯(lián)起來組成降落傘，展開面積可達(dá)1200平方米，別看這些傘繩直徑不大，但其承受力卻相當(dāng)驚人，直逼60噸。
超高分子量聚乙烯纖維為何能吊起千斤重量?因為這種纖維分子量超過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，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”。因為其結(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，可以抓取碎玻璃。
像“做面條”一樣制備超級纖維
筆者走進(jìn)神特的生產(chǎn)車間，只見現(xiàn)場的作業(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)入計量泵中為隨后的噴絲做準(zhǔn)備。計量泵按照預(yù)設(shè)的計量將溶液導(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)椤凹?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)榱恕案擅鏃l”。卷繞機(jī)將“干面條”卷繞到牽伸輥上，經(jīng)過多級熱拉伸，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期的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，現(xiàn)擁有5個發(fā)明專利、30個實用新型專利。
加速拓展應(yīng)用場景
“我們正在加快超高分子量聚乙烯無緯布的生產(chǎn)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的延伸?！笔Y干兵介紹，他們的首條生產(chǎn)線即將投入使用。
由于具有超高強(qiáng)度、超高模量、低密度等特性，國家已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)重點產(chǎn)品、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料。此次，連云港啟動建設(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”使用超高分子量聚乙烯纖維和膠黏劑鋪展，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。據(jù)了解，連云港年產(chǎn)300噸無緯布即將投產(chǎn)，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。
