2018年1月4日，美国麻省理工学院宣布，该院化学工程教授格雷戈里·拉特利奇（Gregory Rutledge）和博士后研究生杰伊·帕克（Jay Park）的一篇名为《超细高性能聚乙烯纤维》（Ultrafine high performance polyethylene fibers）的论文将发表于2018年2月号的美国《材料科学》（Journal of Materials Science），在该论文中，两名研究人员描述他们用凝胶静电纺丝新工艺生产直径为纳米级的超细聚乙烯纤维，其比强度比现有市场中的材料高一倍，同时比模量接近现有最好的纤维，而密度低于碳纤维和陶瓷纤维。

 

拉特利奇解释说，“存在很多需要权衡、妥协的地方”。通常情况下，提高材料的某一个特性，可能会导致其他不同特性的下降。“强度和韧性就是这样的一对材料特性：通常当得到高强度时，材料会损失韧性。”“材料变得更脆，吸收能量的机制受到，材料更容易断裂。”但是在新工艺制造的纤维中，许多这种类似的妥协被消除了。该纤维同时获得高强度和高韧性，这是一件具有重要意义的大事。

 

扫描电子显微镜下显示的凝胶电纺工艺制造的超细纤维（美国麻省理工学院图片）

这是通过采用新型工艺实现的。该工艺改变了传统的凝胶纺丝方法，增加了电力的作用，其结果就是形成了聚乙烯超细纤维，其性能达到、甚至超过一些我们所认知的最强的纤维材料，如凯夫拉纤维和大力马纤维等用于生产防弹衣的材料。使用凝胶静电纺丝工艺

“与我们所采用的材料方面的常用方法——凝胶纺丝工艺——本质上非常相似，但是引入了电力的作用”，拉特利奇表示，研究团队使用的是单级工艺，而不是传统工艺中的多级工艺，“我们正在获得具有更高拉伸度的纤维”，它们的直径仅有几百纳米，而不是传统纤维的15微米。研究人员在新工艺中借鉴了凝胶纺丝纤维，使用聚合物凝胶作为起始材料，但使用电力而不是机械牵引将纤维拉出；带有静电的纤维诱发产生一种类似“鞭子分叉”的不稳定过程，即可形成超细尺寸纤维。事实证明，这种尺寸的纤维具有独特性质。

 

用于生产纤维的装置原理示意图。图中显示了通过加热溶液注射器（左侧）将溶液挤出；再利用右侧电场的影响，制造出历史上最高性能的聚乙烯纤维（美国麻省理工学院图片）

麻省理工学院的上述研究由美陆军通过纳蒂克士兵研究发展与工程中心、士兵纳米技术研究所和美国科学基金会材料科学与工程中心资助。麻省理工学院还为该工艺申请了专利：美国专利号为US 2017-0101726，国际专利号为WO 2017-123293。

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