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【港珠澳大桥防护技术巡礼】——14万根高性能聚乙烯纤维撑起港珠澳大桥

【港珠澳大桥防护技术巡礼】——14万根高性能聚乙烯纤维撑起港珠澳大桥
来源:中纺院纺织科技普及B2C平台。


港珠澳大桥集桥梁、隧道和人工岛于一体,全长55公里,是世界总体跨度最长、钢结构桥体最长、海底沉管隧道最长的跨海大桥;设计使用寿命120年,打破了世界上同类型桥梁的“百年惯例”。

1/10发丝细度,优于钢索强度。


港珠澳大桥建设过程中离不开桥面吊装。其吊装合龙等施工中所用的缆绳,原材料是与钓鱼线无异的细线,要知道,发丝的直径最粗也就只有0.4毫米,它的直径只有发丝的1/10。别看它细,但韧性却极好,承重力能达到35公斤。专业上我们叫它“超高分子量聚乙烯纤维”,又称高性能聚乙烯纤维。
港珠澳大桥吊装使用的缆绳一共由14万根高性能聚乙烯纤维组成,目的是为了吊装重约6000吨的钢结构混凝土预制件,来完成港珠澳大桥岛隧工程海底隧道的最终接头。
6000吨是什么概念呢?足足相当于22架空客A380或者2个重型运载火箭的重量。
这是目前所知强质比最高的纤维材料,具有高强高模、质轻(密度小于1)、高能量吸收、化学稳定、耐水、耐光、耐疲劳、耐磨损、耐弯曲、耐低温、电波易透射等多种优良特性,与碳纤维、芳纶并称为三大高性能纤维。
说起来有点拗口,但它的用途说起来也是相当广泛。国防军工、民用工业都能看到它的身影。像直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索等等。

超高分子量聚乙烯纤维制成的防弹头盔及防弹衣

其实聚乙烯纤维的应用不仅如此,在桥梁和其他建筑上,还可以被用来作为混凝土增强材料。在环保当道之时,这种将绿色可持续的理念融入到新材料中已经成为了大势所趋。正基于此,在诸如隧道、大坝、铁路高架上,它的价值愈发得到体现。
高性能聚乙烯材料自身具有接近金属的高延性和超高的应变强度,种种特性也吸引了世界多方对其进行探究,并试图根据一定配比来合成一款可3D打印的混凝土材料,这使得人们看到了无筋建筑的可能。

十年研发,为世界巨龙开路。

超高分子量聚乙烯纤维

港珠澳大桥吊装合龙等所用的缆绳原材料,采用的是高性能聚乙烯纤维干法纺丝成套技术,而这套技术正是中纺院和中国石化南京化工研究院有限公司耗时近10年的研发成果。
项目初期,是在中纺院“863”计划(“高性能聚乙烯纤维干法纺丝成套技术”)开发的基础上,与南化集团研究院合作完成了该项技术的开发并成功建成30t/a扩试装置,实现了小批量生产;2007年又与中国石化仪征化纤股份有限公司和南化集团研究院共同合作,于2008年建成了300t/a生产线。自此,干法产品成功地打入国内市场,这在国产高性能聚乙烯纤维干法纺丝领域无疑是一个巨大的突破。2009年至今,仪征化纤利用此技术,在仪征先后建立2300吨/年干法纺丝生产线。
由于该干法纺丝生产线节能环保,生产成本低,并且产品质量稳定,各项力学性能指标在国内处于领先地位。
就技术优势而言,目前国内外高性能聚乙烯纤维的生产有干法和湿法两种路线。湿法技术采用连续多级萃取工序,需要大量溶剂、萃取剂,而该项目所用的干法技术不需要采用大量萃取剂,生产过程更加安全环保,得到的纤维力学性能也更加优越,拥有广阔的市场前景。

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