超高分子量聚乙烯纖維增強體簡介

中文名稱

超高分子量聚乙烯纖維增強體

英文名稱

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)晶生長法、粗單晶拉伸法、超高壓擠出法或凝膠紡絲法制成的高強高模纖維增強材料。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級學(xué)科），復(fù)合材料（二級學(xué)科），增強體（三級學(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 5萬噸，其中美國占70%。但當(dāng)前全世界產(chǎn)量不足 9000噸，缺口很大。據(jù)專家預(yù)測，未來10年內(nèi)每年超高分子量聚乙烯纖維的市場年需求量將在10萬噸以上，市場潛力巨大，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外有荷蘭帝斯曼公司（DSM）、美國霍尼韋爾公司(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 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Allied-Singal公司購買了荷蘭帝斯曼公司的專利，開發(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，銷售地區(qū)僅限日本和中國臺灣省，年產(chǎn)量約600噸。

超高分子量聚乙烯纖維市場情況

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%、勞動防護占5%；日本主要用于繩纜、漁網(wǎng)、防護類，特別是防切割手套，在汽車生產(chǎn)涂漆工序的使用已達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，一直在迅速發(fā)展。美國發(fā)生恐怖事件和世界不斷發(fā)生局部戰(zhàn)爭以來，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、遠洋漁網(wǎng)和海上網(wǎng)箱等的主要材料，其市場需求保持旺盛的增長。盡管荷蘭帝斯曼公司、美國 霍尼韋爾公司 和日本三井公司近幾年多次增建擴產(chǎn)，產(chǎn)量以每年 8%以上的速度遞增，但仍不能滿足市場需求。

1、 荷蘭帝斯曼公司的 情況。 2001年美國發(fā)生恐怖事件后，以美國為中心的防彈衣用產(chǎn)品需求激增， 帝斯曼公司迅速 擴建，將生產(chǎn)能力增加 10%以上。據(jù)報道，2006年 荷蘭帝斯曼公司計劃在 美國的 北卡羅來納州 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)達到10條，新裝置預(yù)計將于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)美國軍隊和執(zhí)法機構(gòu)。

2、美國 霍尼韋爾公司 的情況。 美國 霍尼韋爾公司至今沒有擴產(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成諒解，默認帝斯曼公司在美國境內(nèi)的不斷擴產(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 (俗稱氟利昂) ， 氟氯化碳的使用 給擴產(chǎn)帶來了巨大技術(shù)障礙。

3、日本三井公司的情況。2003年4月日本三井公司開始建設(shè)新的 超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)線，加上原來的生產(chǎn)裝置，使日本的年設(shè)計生產(chǎn)能力達到 600噸。產(chǎn)品重點放在擴大作業(yè)手套、釣魚線和繩纜市場上。

超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)化

我國自1985年開始超高分子量聚乙烯纖維的研究，東華大學(xué)、鹽城超強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)過不懈努力其纖維性能已經(jīng)達到國際中等水平并具有各自的特色，部分進入規(guī)?；a(chǎn)階段。目前國內(nèi)有鄭州安泰防護科技有限公司、北京同益中特種纖維技術(shù)開發(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。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)開發(fā)有限公司（BJTYZ）經(jīng)過近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、及工程開車得益于鹽城市神泰紡織器材有限公司的支持，所有生產(chǎn)裝置運行穩(wěn)定、設(shè)計環(huán)保、單機產(chǎn)能高且自控水平較好，從投料到成絲卷繞整個過程連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)輔料全部回收，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

提高單機產(chǎn)量，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，以技術(shù)進步帶動產(chǎn)業(yè)升級，使我國超高分子量聚乙烯纖維的制備技術(shù)和裝備水平接近國際先進水平，將是該產(chǎn)品在我國的發(fā)展方向和要求。當(dāng)前，鹽城超強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，國家在“十一五”《紡織工業(yè)科技進步發(fā)展綱要》中重點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)重點突破的 28項關(guān)鍵技術(shù)之首位，并要求“要對 國內(nèi)已有基礎(chǔ)的新一代超高強高膜聚乙烯等應(yīng)用技術(shù)深化研究，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級”。

市場情況

超高分子量聚乙烯纖維的高端市場是繩網(wǎng)制造業(yè)，其次是用于防彈片（ UD）。 我國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、遠洋漁網(wǎng)、魚線、勞動防護等，部分纖維出口歐美及亞洲等一些國家和地區(qū)。國內(nèi)國防領(lǐng)域已逐步使用，民用領(lǐng)域應(yīng)用也在推廣使用，每年的市場需求量約在10000噸以上。隨著超高分子量聚乙烯纖維在我國實現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，以及生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價格的下降，必將迅速帶動中國在其國防和民用應(yīng)用領(lǐng)域的 研究和發(fā)展，尤其是在民用領(lǐng)域（ 繩纜、遠洋漁網(wǎng)、海上養(yǎng)殖、勞動防護類） ，應(yīng)用范圍將不斷擴展，社會惠及面越來越廣， 市場需求保持旺盛增長。中國超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展對國防建設(shè)和軍事裝備也將有著不同尋常的戰(zhàn)略意義。

中國是化纖大國，但不是化纖強國，據(jù)專家介紹和有關(guān)部門統(tǒng)計，中國的高性能特種纖維的產(chǎn)量僅為世界產(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)前中國由于技術(shù)問題芳綸僅有小量生產(chǎn)；碳纖維尚處在試驗和初級生產(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，現(xiàn)已經(jīng)在國內(nèi)形成多個超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地。據(jù)報道，美國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)展是一個國家綜合實力的體現(xiàn)，是建設(shè)現(xiàn)代化 強國的重要物資基礎(chǔ)。當(dāng)前，以國家已經(jīng)大力支持與加速發(fā)展我國的超高分子量聚乙烯纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用，國產(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，在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭和航空、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衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、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，防彈效果優(yōu)于芳綸，現(xiàn)已成為占領(lǐng)美國防彈背心市場的主要纖維。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。國外用該纖維增強的樹脂復(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)高強和抗沖擊性能好，適用于各種飛機的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)飛機等。該纖維也可以用作航天飛機著陸的減速降落傘和飛機上懸吊重物的繩索，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。普遍用于負力繩索、重載繩索、救撈繩、拖拽繩、帆船索和釣魚線等。該纖維制成的繩索，在自重下的斷裂長度是鋼繩的8倍，是芳綸的2倍。該繩索用于超級油輪、海洋操作平臺、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度降低和斷裂，需經(jīng)常進行更換的問題。 (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、滑翔板、超輕量飛機零部件等，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，不會引起過敏，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、過濾材料、汽車緩沖板等；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、光纜補強體降落傘和濾材等。