Hochleistungs-PE-Fasern haben ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht mit hohen Festigkeits- und Steifigkeitswerten und werden in vielen Unternehmen auf der ganzen Welt kommerziell hergestellt. Die folgenden Faktoren sind wichtig, um aus PE-Fasern eine hohe Festigkeit zu erhalten.
- Der (-CH2-)-Baustein muss durch eine hohe Kristallinität und Orientierung unterstützt werden.
- Ein Molekül mit hoher Flexibilität sollte erhalten werden, indem eine minimale Kettenverdrehung bereitgestellt wird. Das Molekül sollte nicht hart, sondern kristallin sein.
- Es sollte versucht werden, ein lineares Molekül mit einem sehr hohen Molekulargewicht zu erhalten.
Die Hersteller haben eine Vielzahl von Arten von PE-Fasern entwickelt, um verschiedene Eigenschaften bereitzustellen. PE kann sowohl aus Schmelze als auch aus Lösung entnommen werden. Wichtige Produzenten sind Dutch tate Mines (DYNEEMA), Alliad – Signal Production (SPECTRA), Mitsui (TEKMİLON), Celanese und Montefiber.
Bei der Herstellung von Hochleistungs-PE-Fasern werden sowohl Schmelz- als auch Lösungsspinnsysteme eingesetzt. Obwohl im Schmelzspinnsystem hochmolekulare PE-Fasern erhalten werden können, ist das System besser für niedermolekulare PE-Fasern geeignet. Durch dieses Verfahren werden Fasern mit hohem Modul, aber relativ geringer Festigkeit erhalten. Bei der Extraktion aus Lösung wird ultrahochmolekulares PE gewonnen, indem es einem speziellen Extraktionsverfahren unterzogen wird. Mit diesem System werden sowohl Fasern mit hoher Festigkeit als auch mit hohem Modul erhalten.
Das Lösungsextraktionssystem hat mehr kommerziellen Erfolg erlangt und hat „Schuss aus der Schmelze“ Es wird einberufen. Dieses System wurde von der Universität Groningen entwickelt und später von DNS patentiert.
Um eine PE-Faser mit ultrahohem Modul zu erhalten, ist ein Ultra-Strecken erforderlich. Die Ultra-Schwerkraft bricht die zusammengerollten Kristalle ab und bildet dann eine langkettige Mikrofibrille.
PE-Filamente mit hohem Modul, die bei der gleichen Temperatur gezogen werden, haben eine Struktur, die als „Schaschlik“ bezeichnet wird. Diese Struktur wird durch Punktschießen korrigiert. Für den Rektifikationsprozess ist jedoch eine sehr hohe Temperatur erforderlich. Darüber hinaus verwandelt das Ziehen der Materialien von Anfang an bei hohen Temperaturen (bei relativ hohen Geschwindigkeiten) die Schaschlikstruktur in glatte Fibrillen.
Nachfolgend sind die wichtigsten Faktoren für den kommerziellen Erfolg von PE-Fasern aufgeführt.
- Hohe spezifische Festigkeit und spezifischer Modul bei hoher Bruchenergie
- Geringes spezifisches Gewicht
- Sehr gute Abriebfestigkeit
- Hervorragende elektrische und chemische Beständigkeit
- Gute UV-Beständigkeit
- Geringe Entfeuchtung
Hochleistungs-PE-Fasern haben eine hohe Festigkeit und eine geringe Dehnung.
Die Länge der Unterbrechung mit ihrer eigenen Länge beträgt 280 km.
Die Eigenschaften von PE-Fasern mit ultrahohem Modul (UHMPE) hängen nicht vom Grad der Orientierung ab. Jede Abweichung der Kristallisationsbedingungen führt zu Änderungen der mechanischen Eigenschaften von UHMPE2. Die Stärke der gelgesponnenen PE-Faser erreicht Werte wie 30 g/Denier. Hohe Festigkeits- und Moduleigenschaften können durch Elektronenbestrahlungsverfahren erhöht werden.
Bei PE-Fasern, die nach dem Gel-Spinning-Verfahren gewonnen werden, können die Festigkeitseigenschaften durch verschiedene Verstreckungsverhältnisse verändert werden. Festigkeitshomogenität wird sehr gut bei Ziehverhältnissen über 30 bereitgestellt.
Die Festigkeit der schmelzgezogenen Fasern hängt von der Defektkonzentration und dem Filamentdurchmesser ab. Gel-Spinn verhalten sich diesbezüglich ganz anders. Die Festigkeit von PE-Fasern hängt eher von der Verteilung der unregelmäßigen Bereiche als der kristallinen Bereiche ab. Die Festigkeit von ultra- oder hochfesten PE-Fasern mit hohem Molekulargewicht variiert mit dem Filamentdurchmesser und dem Propylen-Comonomer-Verhältnis. Diese Struktur entspricht nicht dem Standard-Faserverhalten des Elastizitätsmoduls.
Hochmodul-PE-Fasern haben eine chemische und kristalline Struktur, die gegen verschiedene äußere Einflüsse beständig ist. Seine Beständigkeit in Meerwasser verursacht keine funktionellen Probleme.
Neben einem hohen Modul weisen PE-Fasern eine hohe Abriebfestigkeit auf
.
Auch Hochleistungsfasern haben ihre Grenzen. PE hat einen sehr niedrigen Schmelzpunkt und eine schlechte Haftung an verschiedenen Matrizes. Daher ist es schwierig, es in Verbundwerkstoffen zu verwenden. Durch eine spezielle Oberflächenbehandlung kann die Faseroberfläche klebrig gemacht werden.
Nachfolgend sind einige Anwendungsbereiche von PE dargestellt.
- Boot segelt
- Schiffstaue
- Schutzkleidung
- Verbundwerkstoffe (Sportausrüstung, Druckbehälter, Kiel und verschiedene Panzerungen)
- Betonaussteifung
- Fischernetze
- Medizinische Impfstoffe
Leichtigkeit, hohe Festigkeit und geringes Kriechen sind die Hauptgründe für die Verwendung von PE-Fasern in Schiffssegeln. Eine gute Kombination verhindert, dass sich die Segel während des Gebrauchs verformen. Ein sehr gutes Schiffstauwerk wird erhalten, wenn Leichtigkeit, hohe Festigkeit, sehr gute Abriebfestigkeit und geringe Feuchtigkeitsaufnahmeeigenschaften zusammen bereitgestellt werden.
Der beste Markt für PE-Fasern in den USA sind Schiffstauwerke. Auch Fischernetze sind eine wachsende Industrie. Dyneema ist das am weitesten verbreitete Schleppnetz. Island ist der weltweit größte Produzent von PE-Fischernetzen. PE-Fasern werden in Bootskieln verwendet, indem sie lange Festigkeit, hohe Härte, Leichtigkeit und gute Flexibilität kombinieren. PE hat auch eine sehr gute Schlagfestigkeit und die Schlagfestigkeitseigenschaften werden durch die Herstellung von Verbundwerkstoffen mit Glas- und Kohlefasern verbessert.
Die unterschiedlichsten Helme und Helme aus PE-Verbundwerkstoffen werden von Bergsteigern und Bergleuten verwendet. Bei der Schlagzähigkeit kann nur E-Glas als Alternative zur hochmoduligen PE-Faser gezeigt werden. Andere interessante Anwendungen für PE sind Raketenmotorblöcke und Druckbehälter. Der Berstleistungsfaktor von PE unter Druck ist ca. 45 % höher als der von Aramiden.
PE-Fasern werden auch zum Schutz vor Schnitten, Stichen und ballistischen Einschlägen verwendet.
Hochmodul-PE-Fasern haben eine viel bessere Festigkeit als Aramid- und Glasfasern. Eine schusssichere Weste aus PE ist 60 % leichter und wesentlich komfortabler als eine Stahlweste bei gleichem Schutzwert. Auch für riskante Berufe und Sportanwendungen haben sich PE-Fasern als sehr gut geeignet erwiesen. Mit UHMPE werden Produkte wie Schutzhandschuhe, Fechtkleidung hergestellt.
Ein Schutzanzug aus PE-Faser kann bis zu einer Kraft von ca. 1000 N nicht durchstochen werden. Mit ihrem niedrigen Leistungsfaktor und Dielektrizitätskoeffizienten lenken PE-Fasern Signale sehr wenig ab und haben daher eine Radarabschirmungseigenschaft. Auch im Bereich der Geotextilien gibt es vielfältige Anwendungen. Als Erosionsschutz werden Netze aus PE eingesetzt.
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