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”。
走進(jìn)連云港神特新材料有限公司,一起了解這根“絲”何以有力拔山兮氣蓋世的“千鈞”力量。
走進(jìn)神特新材料展館,只見(jiàn)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(méi)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(shuō)。原來(lái),這根“絲線毫米細(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(guò)鋼鐵”,簡(jiǎn)單地說(shuō),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。
中國(guó)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(guó)自制的航天降落傘展開(kāi)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(lái)。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(guò)200萬(wàn),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(wàn)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。
走進(jìn)神特的生產(chǎn)車間,只見(jiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(guò)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(guò)冷卻、靜置,將部分白油釋放出來(lái)。經(jīng)過(guò)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(lái),萃取劑通過(guò)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(guò)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”。
據(jù)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。
“正在加快超高分子量聚乙烯無(wú)緯布的生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的延伸。”蔣干兵說(shuō),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(wú)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(guó)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(guó)家發(fā)改委、工信部定位其為國(guó)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。
在連云港啟動(dòng)建設(shè)的超高分子量聚乙烯無(wú)緯布,正是熱門(mén)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(lái),只有經(jīng)向,沒(méi)有緯向,因此被稱為“無(wú)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(wú)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(wú)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。(周瑩 徐婧 鄭非凡 楊子 王月)