我國(guó)超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展現(xiàn)狀與建議

我國(guó)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(guó)競(jìng)相發(fā)展的戰(zhàn)略性新材料。本文梳理了我國(guó)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(wèn)題，并對(duì)未來(lái)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(hào)：TQ342.  +74           文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Development Status 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 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, put forward suggestions for future development.

Key words: Ultra-high molecular weight polyethylene fiber; Process 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(jiǎn)稱UHMWPE纖維），又稱高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，是指由分子量100萬(wàn)以上的聚乙烯樹(shù)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(guó)于20世紀(jì)80年代開(kāi)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(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)工藝，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)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(shí)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)由中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。中國(guó)紡織科學(xué)研究院自2000年立項(xiàng)開(kāi)發(fā)以十氫萘為溶劑的干法紡絲技術(shù)，并與中國(guó)石化儀征化纖股份有限公司于2008年建成國(guó)內(nèi)首套300噸/年UHMWPE纖維干法紡絲生產(chǎn)線，填補(bǔ)了國(guó)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(jī)

UHMWPE纖維作為軍民兩用關(guān)鍵新材料，多年來(lái)，由于發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)實(shí)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(lái)，在相關(guān)部門、單位、協(xié)會(huì)、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(guò)多年，國(guó)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(jì)產(chǎn)能約4.1萬(wàn)噸，總產(chǎn)能已超過(guò)國(guó)外總和，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)也與具備較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。特別是2005—2022年期間，我國(guó)UHMWPE纖維產(chǎn)能從2000噸左右增至約42000噸，增長(zhǎng)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(shí)我國(guó)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(shí)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(guó)UHMWPE纖維產(chǎn)量和質(zhì)量水平已居世界前列。

資料來(lái)源：中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)整理

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

3.2技術(shù)裝備達(dá)到國(guó)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(guó)UHMWPE纖維行業(yè)已形成了具有自主知識(shí)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(guó)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(shù)脂技術(shù)實(shí)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(jí)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。江蘇神鶴科技實(shí)現(xiàn)了UHMWPE纖維成套裝備國(guó)產(chǎn)化，并逐步優(yōu)化升級(jí)，單線產(chǎn)能達(dá)到300噸/年以上，有力支持了我國(guó)UHMWPE纖維高質(zhì)量發(fā)展。

表1、 我國(guó)超高分子量聚乙烯纖維十年發(fā)展對(duì)比表

資料來(lái)源：中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)整理

3.3 市場(chǎng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)多元化

國(guó)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(jì)用量約占80%以上。2022年國(guó)內(nèi)UHMWPE纖維產(chǎn)量約為3.1萬(wàn)噸，市場(chǎng)呈現(xiàn)產(chǎn)銷兩旺，量?jī)r(jià)齊升的良好態(tài)勢(shì)，原因主要是軍事裝備，特別是防彈需求大幅增長(zhǎng)。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(jià)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(chǎng)歐盟需求疲軟，纖維價(jià)格較為穩(wěn)定；國(guó)際關(guān)系持續(xù)緊張導(dǎo)致防彈領(lǐng)域市場(chǎng)需求旺盛，對(duì)防彈級(jí)纖維需求大幅增加，用量增長(zhǎng)約3倍，且纖維價(jià)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(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。

3.4國(guó)際貿(mào)易顯現(xiàn)較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)

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

資料來(lái)源：中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)整理

圖2、2015—2022年我國(guó)UHMWPE纖維出口情況圖

4. 存在的問(wèn)題

雖然我國(guó)UHMWPE纖維行業(yè)已具一定國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，行業(yè)不存在明顯“卡脖子”環(huán)節(jié)，但與國(guó)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(guó)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(guó)產(chǎn)UHMWPE纖維整體性能與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)UHMWPE纖維已實(shí)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(guó)產(chǎn)裝備綠色化、規(guī)?；⒆詣?dòng)化水平有待加強(qiáng)

國(guó)內(nèi)已突破UHMWPE纖維成套裝備的設(shè)計(jì)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(guò)程中涉及的物料輸送、車間物流、包裝倉(cāng)儲(chǔ)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(shí)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(kāi)發(fā)超高分子量聚乙烯纖維高效溶解、抗蠕變專用樹(shù)脂，重點(diǎn)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(kāi)發(fā)環(huán)保溶劑、無(wú)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(duì)企業(yè)為依托，以重大項(xiàng)目為抓手，以保障產(chǎn)業(yè)鏈安全，滿足國(guó)家戰(zhàn)略需求為目的，持續(xù)推動(dòng)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(dòng)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(shí)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(guó)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(jì)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(shì)，加快應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，推進(jìn)自動(dòng)配料、外觀檢測(cè)、自動(dòng)包裝及立體倉(cāng)儲(chǔ)等示范應(yīng)用，不斷推動(dòng)行業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，鞏固提升產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，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(shí)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(guò)應(yīng)用牽引，制定符合中國(guó)市場(chǎng)特性、國(guó)產(chǎn)UHMWPE纖維特點(diǎn)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(dòng)國(guó)產(chǎn)UHMWPE纖維規(guī)?；瘧?yīng)用；推動(dòng)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(tái)，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(dú)特作用，完善UHMWPE纖維抗蠕變、耐切割等性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，滿足下游應(yīng)用多樣化、快速化需要，拓展國(guó)產(chǎn)UHMWPE纖維加快應(yīng)用。

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