我國超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展現(xiàn)狀與建議

（初稿）

摘 要：超高分子量聚乙烯纖維因優(yōu)異性能在航空航天、軍事防護(hù)、海洋工程及紡織等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，是世界各國競相發(fā)展的戰(zhàn)略性新材料。本文梳理了我國超高分子量聚乙烯纖維發(fā)展歷程，總結(jié)了當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析了存在的問題，并對未來發(fā)展提出建議。

關(guān)鍵詞：超高分子量聚乙烯纖維；工藝及成套裝備；技術(shù)創(chuàng)新；發(fā)展建議

中圖分類號：TQ342.  +74           文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Development Status and Suggestions of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Fiber In China

Abstract: Ultra-high Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) fiber has a wide application prospect in Aerospace, Military protection, Ocean engineering and Textile industry because of its excellent properties It is a strategic new material developed by countries around the world. This paper reviewed the development process of UHMWPE fiber in China, summarized the current status of industrial development, analyzed the existing problems, and put forward suggestions for future development.

Key words: Ultra-high molecular weight polyethylene fiber; Process and complete equipment; Technical innovation ; Development Suggestion

1. 引言

超高分子量聚乙烯纖維（Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber，以下簡稱UHMWPE纖維），又稱高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，是指由分子量100萬以上的聚乙烯樹脂為原料制備而成的高性能纖維，是目前工業(yè)化高性能纖維材料中比強(qiáng)度和比模量z高的纖維，與碳纖維、芳綸并稱三大高性能纖維。UHMWPE纖維是由碳?xì)浯蠓肿渔溄M合而成，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐磨性、耐低溫、耐紫外和耐腐蝕性。

2. 發(fā)展歷程

我國于20世紀(jì)80年代開展UHMWPE纖維的相關(guān)研究。東華大學(xué)于1984年成立了凍膠紡絲課題組，逐步攻克了聚乙烯凍膠紡絲技術(shù)，積累了豐富的小試、中試數(shù)據(jù)，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)工藝，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實基礎(chǔ)。1997—1999年，東華大學(xué)相繼與寧波大成、湖南中泰和北京同益中等企業(yè)合作，并于2000年左右實現(xiàn)了UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。1998年，江蘇宏達(dá)（現(xiàn)江蘇神鶴科技發(fā)展有限公司）開始進(jìn)行UHMWPE纖維生產(chǎn)成套裝備及工程技術(shù)的研發(fā)工作，并于2005年與東華大學(xué)合作成立“工程技術(shù)研究所”，共同開發(fā)大產(chǎn)能成套技術(shù)及裝備，其與東華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的年產(chǎn)300噸耐熱抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)技術(shù)及成套裝備于2018年6月通過由中國紡織工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定，整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。中國紡織科學(xué)研究院自2000年立項開發(fā)以十氫萘為溶劑的干法紡絲技術(shù)，并與中國石化儀征化纖股份有限公司于2008年建成國內(nèi)首套300噸/年UHMWPE纖維干法紡絲生產(chǎn)線，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，后于2011年建成1000噸/年產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線。

3. 發(fā)展現(xiàn)狀及取得的成績

UHMWPE纖維作為軍民兩用關(guān)鍵新材料，多年來，由于發(fā)達(dá)國家對我國實行技術(shù)和產(chǎn)品的雙重封鎖，一直處于受制于人狀態(tài)。2005年以來，在相關(guān)部門、單位、協(xié)會、企業(yè)的通力合作下，UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)化取得了突破性進(jìn)展，在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、核心技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用拓展等方面取得了令人矚目的成就。

3.1產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界首位

經(jīng)過多年，國內(nèi)UHMWPE纖維企業(yè)主要有20多家，包括江蘇九洲星際、北京同益中、江蘇儀征化纖、浙江千禧龍纖、湖南中泰、寧波大成、連云港神特等，合計產(chǎn)能約4.1萬噸，總產(chǎn)能已超過國外總和，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)也與具備較強(qiáng)市場競爭力。特別是2005—2022年期間，我國UHMWPE纖維產(chǎn)能從2000噸左右增至約42000噸，增長了21倍，年均增速19.6%；產(chǎn)量從800多噸增至31000噸，年均增速24.0%，同時我國UHMWPE纖維總產(chǎn)能在全球產(chǎn)能的占比由2005年的8%提高到2022年的67%以上，與此同時有效產(chǎn)能不斷增加，2022年產(chǎn)能利用率達(dá)到73.8%。整體上看，我國UHMWPE纖維產(chǎn)量和質(zhì)量水平已居世界前列。

資料來源：中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會整理

圖1、2005—2022年我國UHMWPE纖維產(chǎn)能產(chǎn)量情況表

3.2技術(shù)裝備達(dá)到國際先進(jìn)水平

在高校、科研院所和企業(yè)的共同努力下，我國UHMWPE纖維行業(yè)已形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的濕法紡絲和干法紡絲技術(shù)，且技術(shù)體系逐漸完善，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提升。我國UHMWPE纖維差別化、功能化技術(shù)進(jìn)一步提升，高強(qiáng)、細(xì)旦、耐熱、抗蠕變等新產(chǎn)品持續(xù)滿足繩纜網(wǎng)、手套、防彈和紡織等領(lǐng)域應(yīng)用需求。UHMWPE纖維專用樹脂技術(shù)實現(xiàn)新突破，產(chǎn)量和品質(zhì)大幅提高，支撐了纖維質(zhì)量穩(wěn)定性提高和高等級產(chǎn)品開發(fā)。江蘇神鶴科技實現(xiàn)了UHMWPE纖維成套裝備國產(chǎn)化，并逐步優(yōu)化升級，單線產(chǎn)能達(dá)到300噸/年以上，有力支持了我國UHMWPE纖維高質(zhì)量發(fā)展。

表1、 我國超高分子量聚乙烯纖維十年發(fā)展對比表

資料來源：中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會整理

3.3 市場應(yīng)用實現(xiàn)多元化

國內(nèi)UHMWPE纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域是繩纜網(wǎng)、手套和防彈三大領(lǐng)域，合計用量約占80%以上。2022年國內(nèi)UHMWPE纖維產(chǎn)量約為3.1萬噸，市場呈現(xiàn)產(chǎn)銷兩旺，量價齊升的良好態(tài)勢，原因主要是軍事裝備，特別是防彈需求大幅增長。海洋產(chǎn)業(yè)以繩纜為主，用量基本保持穩(wěn)定，包括系泊繩、牽引繩、深/近海網(wǎng)箱線等，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)豐富，但纖維價格敏感；手套領(lǐng)域用量小幅減少，主要原因是主要出口市場歐盟需求疲軟，纖維價格較為穩(wěn)定；國際關(guān)系持續(xù)緊張導(dǎo)致防彈領(lǐng)域市場需求旺盛，對防彈級纖維需求大幅增加，用量增長約3倍，且纖維價格年內(nèi)持續(xù)攀升。此外，UHMWPE纖維在登山繩、球拍網(wǎng)線、滑雪板等體育器材領(lǐng)域，以及床墊、涼席、被罩等家用紡織品領(lǐng)域也實現(xiàn)了應(yīng)用。

3.4國際貿(mào)易顯現(xiàn)較強(qiáng)優(yōu)勢

一是國外UHMWPE纖維每進(jìn)口量為100噸左右，僅占國內(nèi)應(yīng)用總量的0.6%，表明國產(chǎn)UHMWPE纖維已經(jīng)占據(jù)國內(nèi)絕大部分市場，并得到下游客戶廣泛認(rèn)可。二是2015年至2022年，我國已累計出口UHMWPE纖維共計26258.6噸，年出口量平均約占國內(nèi)產(chǎn)量的近20%，表明國產(chǎn)UHMWPE纖維已具有較強(qiáng)的國際競爭力。

資料來源：中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會整理

圖2、2015—2022年我國UHMWPE纖維出口情況圖

4. 存在的問題

雖然我國UHMWPE纖維行業(yè)已具一定國際競爭優(yōu)勢，行業(yè)不存在明顯“卡脖子”環(huán)節(jié)，但與國外先進(jìn)水平相比仍存在短板，主要表現(xiàn)在：

4.1產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟度尚需提高

雖然我國UHMWPE纖維核心技術(shù)不斷突破，產(chǎn)品系列不斷豐富，但產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性仍有待于進(jìn)一步提高，國產(chǎn)UHMWPE纖維整體性能與國際發(fā)達(dá)國家產(chǎn)品相比仍存在一定差距，特別是后道使用工藝性和復(fù)合性能亟待解決。

4.2中高端產(chǎn)品供給不足

目前國內(nèi)UHMWPE纖維已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品主要集中在強(qiáng)度為35cN/dtex左右的產(chǎn)品，強(qiáng)度大于40cN/dtex以上的超高強(qiáng)、耐熱抗蠕變、高耐切割等功能性纖維產(chǎn)品缺乏，尚不能滿足高端領(lǐng)域應(yīng)用需求。

4.3國產(chǎn)裝備綠色化、規(guī)模化、自動化水平有待加強(qiáng)

國內(nèi)已突破UHMWPE纖維成套裝備的設(shè)計制造技術(shù)，但單線產(chǎn)能以150-200噸為主，且生產(chǎn)能耗和三廢排放較高，輔料回收水平需進(jìn)一步提高。此外，生產(chǎn)過程中涉及的物料輸送、車間物流、包裝倉儲和信息流轉(zhuǎn)等環(huán)節(jié)的數(shù)字化水平還處于空白。

5. 發(fā)展建議

5.1 加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)差異化發(fā)展

圍繞UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，結(jié)合不同應(yīng)用領(lǐng)域需求，開發(fā)超高分子量聚乙烯纖維高效溶解、抗蠕變專用樹脂，重點研發(fā)耐熱抗蠕變、超高強(qiáng)度（強(qiáng)度≥40cN/dtex）和模量（模量≥1600cN/dtex）及高耐切割性能的超高分子量聚乙烯纖維的關(guān)鍵制備技術(shù)和專用設(shè)備。加強(qiáng)細(xì)旦、高耐磨、中低強(qiáng)度、有色等差別化產(chǎn)品研發(fā)力度。開發(fā)環(huán)保溶劑、無固廢產(chǎn)生溶劑回收技術(shù)，及綠色環(huán)保的低成本生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)和裝備，大幅降低生產(chǎn)成本，拓寬產(chǎn)品在民用和海洋產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。研發(fā)適合工業(yè)化生產(chǎn)的新型改性技術(shù)，提升纖維界面粘結(jié)性能，提高復(fù)合材料力學(xué)性能。

5.2 加強(qiáng)融合創(chuàng)新，拓展應(yīng)用領(lǐng)域

以行業(yè)內(nèi)龍對企業(yè)為依托，以重大項目為抓手，以保障產(chǎn)業(yè)鏈安全，滿足國家戰(zhàn)略需求為目的，持續(xù)推動超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)突破，穩(wěn)步提升纖維質(zhì)量穩(wěn)定一致性，推動UHMWPE纖維與醫(yī)療、電子等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)突破與交叉融合，實現(xiàn)跨領(lǐng)域協(xié)同研發(fā)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為國防軍工、航空航天、電子信息、生物醫(yī)療、深海養(yǎng)殖、交通運(yùn)輸?shù)汝P(guān)鍵領(lǐng)域提供高性能、多功能纖維材料及制品，形成系統(tǒng)解決方案。

5.3加強(qiáng)設(shè)計創(chuàng)新，提升數(shù)字化綠色化水平

順應(yīng)當(dāng)前智能化、綠色化、高端化發(fā)展大趨勢，加快應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，推進(jìn)自動配料、外觀檢測、自動包裝及立體倉儲等示范應(yīng)用，不斷推動行業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，鞏固提升產(chǎn)業(yè)國際競爭優(yōu)勢。同時，加大萃取、溶劑回收技術(shù)研發(fā)，降低能耗物耗和三廢排放，助力雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)實現(xiàn)。

5.4加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新，優(yōu)化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系框架

圍繞安全防護(hù)、深海養(yǎng)殖、等應(yīng)用領(lǐng)域，通過應(yīng)用牽引，制定符合中國市場特性、國產(chǎn)UHMWPE纖維特點的自主標(biāo)準(zhǔn)體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套，推動國產(chǎn)UHMWPE纖維規(guī)?；瘧?yīng)用；推動上下游關(guān)聯(lián)企業(yè)信息共享，構(gòu)建行大數(shù)據(jù)平臺，為UHMWPE纖維創(chuàng)新發(fā)展提供支撐；持續(xù)發(fā)揮團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)獨特作用，完善UHMWPE纖維抗蠕變、耐切割等性測試標(biāo)準(zhǔn)，滿足下游應(yīng)用多樣化、快速化需要，拓展國產(chǎn)UHMWPE纖維加快應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] G. CAPACCIO, CROMPTON T. A., WARD I.M. J. Polym. Sci., Polym. Physics, 1976, 14:1641.

[2] SMITH P., LEMSTRA P. J., BOOIJ H. C. J. Polym. Phys. Ed., 1981, 19: 877~888.

[3] Xiao Changfa, An Shulin, Jia Guangxia, et al. J. Appl. Polym. Sci., 1996, 59: 931~935.

[4] Xinwei WANG, Yumei ZHANG, Yongfei SUN, et al. Research progress of ultra high molecular weight polyethylene[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2020, 39(9): 3403-3420.

[5] 蔡忠龍，洗杏娟. 超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)復(fù)合材料[M].北京科學(xué)出版社，1997，1-9，73-75.

[6] 董天泓，郭亞東，王新鵬，等.紫外交聯(lián)UHNWPE纖維的耐熱性能研究[J].高性能纖維及應(yīng)用，2023，52（10）：32-36.