超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)體

中文名稱(chēng)

超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)體

英文名稱(chēng)

ultra-high molecular polyethylene fiber reinforcement

定　　義

以超高分子質(zhì)量聚乙烯為原料，采用界面結(jié)晶生長(zhǎng)法、粗單晶拉伸法、超高壓擠出法或凝膠紡絲法制成的高強(qiáng)高模纖維增強(qiáng)材料。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），復(fù)合材料（二級(jí)學(xué)科），增強(qiáng)體（三級(jí)學(xué)科）

超高分子量聚乙烯纖維屬世界范圍內(nèi)的稀缺物資， 世界年需求量約 5萬(wàn)噸，其中美國(guó)占70%。但當(dāng)前全世界產(chǎn)量不足 9000噸，缺口很大。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，未來(lái)10年內(nèi)每年超高分子量聚乙烯纖維的市場(chǎng)年需求量將在10萬(wàn)噸以上，市場(chǎng)潛力巨大，前景廣闊。

世界超高分子量聚乙烯纖維研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化情況

當(dāng)前，超高分子量聚乙烯纖維國(guó)外有荷蘭帝斯曼公司（DSM）、美國(guó)霍尼韋爾公司(Honeywell)、日本東洋紡公司（Toyobo）共 3家公司能工業(yè)化生產(chǎn)，且年總產(chǎn)量不到9000噸。

上世紀(jì) 70年代末期，荷蘭帝斯曼公司采用凝膠紡絲方法 (Gel spinning) 紡制超高分子量聚乙烯纖維獲得成功,并于1990年開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)，商標(biāo)為dyneema。該公司是該纖維的創(chuàng)始公司，也是該纖維世界上產(chǎn)量最高、質(zhì)量最佳的制造商，年產(chǎn)量約5000噸。80年代美國(guó)Allied-Singal公司購(gòu)買(mǎi)了荷蘭帝斯曼公司的專(zhuān)利，開(kāi)發(fā)出了自己的生產(chǎn)工藝并工業(yè)化。1990年Allied Signal公司被霍尼韋爾公司兼并，繼續(xù)生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維，商標(biāo)為spectra，年產(chǎn)量約 3000噸。日本東洋紡公司和荷蘭帝斯曼公司合資在日本生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維，商標(biāo)為dyneema，銷(xiāo)售地區(qū)僅限日本和中國(guó)臺(tái)灣省，年產(chǎn)量約600噸。

超高分子量聚乙烯纖維市場(chǎng)情況

當(dāng)期歐美和日本的超高分子量聚乙烯纖維用途結(jié)構(gòu)有一定差異。歐美主要用于防彈衣和武器裝備，占總量 60%～70%，其次為繩纜占20%，漁網(wǎng)等占5%、勞動(dòng)防護(hù)占5%；日本主要用于繩纜、漁網(wǎng)、防護(hù)類(lèi)，特別是防切割手套，在汽車(chē)生產(chǎn)涂漆工序的使用已達(dá)到超高分子量聚乙烯纖維總需求量的1/4。

超高分子量聚乙烯纖維自商業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，一直在迅速發(fā)展。美國(guó)發(fā)生恐怖事件和世界不斷發(fā)生局部戰(zhàn)爭(zhēng)以來(lái)，防彈衣料和軍需裝備用超高分子量聚乙烯纖維的需求迅速擴(kuò)大。同樣在民用領(lǐng)域，超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)品以其優(yōu)良的性能，迅速成為海上用繩纜、遠(yuǎn)洋漁網(wǎng)和海上網(wǎng)箱等的主要材料，其市場(chǎng)需求保持旺盛的增長(zhǎng)。盡管荷蘭帝斯曼公司、美國(guó) 霍尼韋爾公司 和日本三井公司近幾年多次增建擴(kuò)產(chǎn)，產(chǎn)量以每年 8%以上的速度遞增，但仍不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

1、 荷蘭帝斯曼公司的 情況。 2001年美國(guó)發(fā)生恐怖事件后，以美國(guó)為中心的防彈衣用產(chǎn)品需求激增， 帝斯曼公司迅速 擴(kuò)建，將生產(chǎn)能力增加 10%以上。據(jù)報(bào)道，2006年 荷蘭帝斯曼公司計(jì)劃在 美國(guó)的 北卡羅來(lái)納州 Greenville工廠 原有生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，再 新建1條生產(chǎn)線， 將使該公司纖維生產(chǎn)線總數(shù)達(dá)到10條，新裝置預(yù)計(jì)將于2008年早期投產(chǎn) 。而且Greenville工廠的產(chǎn)品直到今天主要供應(yīng)美國(guó)軍隊(duì)和執(zhí)法機(jī)構(gòu)。

2、美國(guó) 霍尼韋爾公司 的情況。 美國(guó) 霍尼韋爾公司至今沒(méi)有擴(kuò)產(chǎn)， 2006年與 帝斯曼公司就有關(guān)超高分子量聚乙烯纖維的分歧達(dá)成諒解，默認(rèn)帝斯曼公司在美國(guó)境內(nèi)的不斷擴(kuò)產(chǎn)，其詳情不得而知。 據(jù)悉霍尼韋爾公司生產(chǎn)工藝的主要輔料為 氟氯化碳 (俗稱(chēng)氟利昂) ， 氟氯化碳的使用 給擴(kuò)產(chǎn)帶來(lái)了巨大技術(shù)障礙。

3、日本三井公司的情況。2003年4月日本三井公司開(kāi)始建設(shè)新的 超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)線，加上原來(lái)的生產(chǎn)裝置，使日本的年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)到 600噸。產(chǎn)品重點(diǎn)放在擴(kuò)大作業(yè)手套、釣魚(yú)線和繩纜市場(chǎng)上。

超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)化

我國(guó)自1985年開(kāi)始超高分子量聚乙烯纖維的研究，東華大學(xué)、鹽城超強(qiáng)高分子材料工程技術(shù)研究所先后加入研發(fā)行列， 并取得了一系列重大理論突破。隨即一些企業(yè)投入中試及小規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，至今經(jīng)過(guò)不懈努力其纖維性能已經(jīng)達(dá)到國(guó)際中等水平并具有各自的特色，部分進(jìn)入規(guī)?；a(chǎn)階段。目前國(guó)內(nèi)有鄭州安泰防護(hù)科技有限公司、北京同益中特種纖維技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司、湖南中泰特種裝備有限公司、寧波大成新材料股份有限公司、山東愛(ài)地高分子材料有限公司 5家生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維，都取得了較大的成績(jī)。但由于這五家所采取工藝方式和設(shè)備路線不盡相同，故而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量和單機(jī)產(chǎn)量差距較大。

在上述4家企業(yè)當(dāng)中， 北京同益中特種纖維技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司（BJTYZ）經(jīng)過(guò)近20年的技術(shù)發(fā)展，已建成年產(chǎn)1000噸超高分子量聚乙烯纖維（DOYENTRONTEX纖維）的生產(chǎn)基地、山東愛(ài)地也于2005年建成年產(chǎn)200噸的生產(chǎn)基地。當(dāng)前他們的大多數(shù)設(shè)備的制造、安裝、及工程開(kāi)車(chē)得益于鹽城市神泰紡織器材有限公司的支持，所有生產(chǎn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定、設(shè)計(jì)環(huán)保、單機(jī)產(chǎn)能高且自控水平較好，從投料到成絲卷繞整個(gè)過(guò)程連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)輔料全部回收，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

提高單機(jī)產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，以技術(shù)進(jìn)步帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，使我國(guó)超高分子量聚乙烯纖維的制備技術(shù)和裝備水平接近國(guó)際先進(jìn)水平，將是該產(chǎn)品在我國(guó)的發(fā)展方向和要求。當(dāng)前，鹽城超強(qiáng)高分子材料工程技術(shù)研究所和東華大學(xué)正聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)新一代產(chǎn)量高、質(zhì)量好的工藝和裝備技術(shù)。為此，國(guó)家在“十一五”《紡織工業(yè)科技進(jìn)步發(fā)展綱要》中重點(diǎn)將超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)化研發(fā)列為紡織行業(yè)重點(diǎn)突破的 28項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之首位，并要求“要對(duì) 國(guó)內(nèi)已有基礎(chǔ)的新一代超高強(qiáng)高膜聚乙烯等應(yīng)用技術(shù)深化研究，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)”。

市場(chǎng)情況

超高分子量聚乙烯纖維的高端市場(chǎng)是繩網(wǎng)制造業(yè)，其次是用于防彈片（ UD）。 我國(guó)超高分子量聚乙烯纖維年產(chǎn)量已經(jīng)接近3000噸，主要用于制造防刺服、防彈衣、防彈頭盔、繩纜、遠(yuǎn)洋漁網(wǎng)、魚(yú)線、勞動(dòng)防護(hù)等，部分纖維出口歐美及亞洲等一些國(guó)家和地區(qū)。國(guó)內(nèi)國(guó)防領(lǐng)域已逐步使用，民用領(lǐng)域應(yīng)用也在推廣使用，每年的市場(chǎng)需求量約在10000噸以上。隨著超高分子量聚乙烯纖維在我國(guó)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，以及生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價(jià)格的下降，必將迅速帶動(dòng)中國(guó)在其國(guó)防和民用應(yīng)用領(lǐng)域的 研究和發(fā)展，尤其是在民用領(lǐng)域（ 繩纜、遠(yuǎn)洋漁網(wǎng)、海上養(yǎng)殖、勞動(dòng)防護(hù)類(lèi)） ，應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)展，社會(huì)惠及面越來(lái)越廣， 市場(chǎng)需求保持旺盛增長(zhǎng)。中國(guó)超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展對(duì)國(guó)防建設(shè)和軍事裝備也將有著不同尋常的戰(zhàn)略意義。

中國(guó)是化纖大國(guó)，但不是化纖強(qiáng)國(guó)，據(jù)專(zhuān)家介紹和有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的高性能特種纖維的產(chǎn)量?jī)H為世界產(chǎn)量的百分之一。 當(dāng)今世界三大高 性能 纖維是：芳綸、碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維，當(dāng)前中國(guó)由于技術(shù)問(wèn)題芳綸僅有小量生產(chǎn)；碳纖維尚處在試驗(yàn)和初級(jí)生產(chǎn)階段，產(chǎn)品只能應(yīng)用在耐磨填料等領(lǐng)域；超高分子量聚乙烯纖維在1994年同益中突破關(guān)鍵性生產(chǎn)技術(shù)以來(lái)，現(xiàn)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)形成多個(gè)超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地。據(jù)報(bào)道，美國(guó)超高分子量聚乙烯纖維 70%用于防彈衣、防彈頭盔、軍用設(shè)施和設(shè)備的防彈裝甲、航空航天等軍事領(lǐng)域，而高性能纖維的發(fā)展是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)，是建設(shè)現(xiàn)代化 強(qiáng)國(guó)的重要物資基礎(chǔ)。當(dāng)前，以國(guó)家已經(jīng)大力支持與加速發(fā)展我國(guó)的超高分子量聚乙烯纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用，國(guó)產(chǎn)UHMWPE 纖維已經(jīng)在全世界占用舉足輕重的地位。

由于超高分子量聚乙烯纖維具有眾多的優(yōu)異特性， 它在高性能纖維市場(chǎng)上，包括從海上油田的系泊繩到高性能輕質(zhì)復(fù)合材料方面均顯示出極大的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)和航空、航天、海域防御裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用 。

超高分子量聚乙烯纖維國(guó)防方面

由于該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護(hù)衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機(jī)、坦克和艦船的裝甲防護(hù)板、雷達(dá)的防護(hù)外殼罩、導(dǎo)彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌等，其中以防彈衣的應(yīng)用最為引人注目。它具有輕柔的優(yōu)點(diǎn)，防彈效果優(yōu)于芳綸，現(xiàn)已成為占領(lǐng)美國(guó)防彈背心市場(chǎng)的主要纖維。另外 超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料的比彈擊載荷值 U/p是鋼的10倍，是玻璃纖維和 芳綸的2倍多。國(guó)外用該纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂復(fù)合材料制成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強(qiáng)的復(fù)合材料頭盔的替代品。

超高分子量聚乙烯纖維航空方面

在航天工程中，由于該纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)和抗沖擊性能好，適用于各種飛機(jī)的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)飛機(jī)等。該纖維也可以用作航天飛機(jī)著陸的減速降落傘和飛機(jī)上懸吊重物的繩索，取代了傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩索，其發(fā)展速度異常迅速。

超高分子量聚乙烯纖維民用方面

(1)繩索、纜繩方面的應(yīng)用：用該纖維制成的繩索、纜繩、船帆和漁具適用于海洋工程，是該纖維的最初用途。普遍用于負(fù)力繩索、重載繩索、救撈繩、拖拽繩、帆船索和釣魚(yú)線等。該纖維制成的繩索，在自重下的斷裂長(zhǎng)度是鋼繩的8倍，是芳綸的2倍。該繩索用于超級(jí)油輪、海洋操作平臺(tái)、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和斷裂，需經(jīng)常進(jìn)行更換的問(wèn)題。 (2)體育器材用品：在體育用品上已經(jīng)制成安全帽、滑雪板、帆輪板、釣竿、球拍及自行車(chē)、滑翔板、超輕量飛機(jī)零部件等，其性能較傳統(tǒng)材料為好。

(3)用作生物材料：該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用于牙托材料、醫(yī)用移植物和整形縫合等方面，它的生物相容性和耐久性都較好，并具有高的穩(wěn)定性，不會(huì)引起過(guò)敏，已作臨床應(yīng)用。還用于醫(yī)用手套和其他醫(yī)療措施等方面。

(4)工業(yè)上，該纖維及其復(fù)合材料可用作耐壓容器、傳送帶、過(guò)濾材料、汽車(chē)緩沖板等；建筑方面可以用作墻體、隔板結(jié)構(gòu)等，用它作增強(qiáng)水泥復(fù)合材料可以改善水泥的韌度，提高其抗沖擊性能。

用途：防彈背心和頭盔、輕質(zhì)裝甲、船帆、纜繩、光纜補(bǔ)強(qiáng)體降落傘和濾材等。