高性能纤维系列报道之6

高强聚乙烯纤维发展火热  须上下兼顾
□   宁波大成新材料股份有限公司  陈成泗  胡开波
　　高强聚乙烯纤维又称超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维，于上世纪70年代研发成功，并于80年代末进入产业
化，是与碳纤维、芳纶同居“世界三大高性能纤维”之列的一种高性能纤维。　

应用篇
  　高强聚乙烯纤维具有高取向的伸直链结构，与碳纤维和芳纶纤维相比，其强度更高、比重更轻、化学稳定性更
好，同时还具有较好的耐候、抗紫外线、耐低温、耐磨、耐弯曲、耐张力疲劳和抗冲击等优异性能，故该产品一问
世便引起了许多国家的重视。
    目前，高强聚乙烯纤维及其复合材料产品的主要应用领域包括：
  　①国防军需，如坦克、装甲车及各类战车、舰艇、轻质防弹装甲板材；②安全防护，如轻质防弹衣、轻质防弹
头盔、防刺衣、防切割服装面料、防切割手套等；③海洋工程，如舰艇、船舶、海港远洋捕鱼、深海天然气、石油
钻探平台拉索的高强绳缆和渔网等。此外，由高强聚乙烯纤维制得的高性能复合材料还在航空、航天以及体育器材
等领域得以应用，有着广阔的发展前景。

国外篇
    ◆ 大公司引领发展
　　帝斯曼   是国际上最早实现高强聚乙烯纤维产业化的公司。自上世纪90年代以来，帝斯曼公司的高强聚乙烯
纤维产能一直保持快速增长，2008年其位于欧洲和美国的工厂产能达到4500t/a，日本合资工厂产能达到1600t/a
（与日本东洋纺公司合资，商品名Dyneema）。预计2010年帝斯曼欧洲和美国工厂的高强聚乙烯纤维产能将达到
6000t/a，日本合资工厂产能将达到3200t/a。此外，该公司还拥有专门的应用研究及市场开发团队，其对高强聚
乙烯纤维应用领域的拓展起着引领作用。
　　霍尼韦尔  继帝斯曼之后该公司实现了高强聚乙烯纤维的产业化生产。虽然该公司的高强聚乙烯纤维断裂强度
比不上帝斯曼公司的同类产品，但其在模量上却超过了后者。在下游应用方面，霍尼韦尔公司在防弹领域的研究居
于领先地位，目前广泛用于防弹衣和防弹头盔方面的高强聚乙烯纤维无纬布，就是由霍尼韦尔率先研制成功的。截
至2008年，霍尼韦尔公司高强聚乙烯纤维产能为1000t/a，预计到2010年其产能将达到3000t/a。　　

国内篇
　　◆ 产能快速提升
　　国内高强聚乙烯纤维产业已经出现了过热的苗头。由于投资者对行业不熟悉，加之部分设备生产商不断鼓动，
高强聚乙烯纤维生产正处于盲目扩张的阶段。目前，国内同类纤维生产企业已经超过20家，这一数字还在进一步
扩张。截至2008年底，国内总产能已超过1万t/a，预计到2010年将达到1.5万t/a。　　
　　◆ 企业分化明显
　　目前国内的20多家生产企业的发展状况参差不齐：部分大型企业的纤维及制品出口量已具备相当规模，形成
了一定的国际竞争力；而小型企业对下游产品应用及市场方面的开发相对滞后，大多数不具备产品研发能力。
　　宁波大成新材料股份有限公司（以下简称宁波大成）是国内首家实现高强聚乙烯纤维产业化生产的企业。截至
2008年底，宁波大成已形成年产高强聚乙烯纤维1500t，防弹衣、防弹头盔20万套，各类防弹装甲板材300t，防
切割手套600万双，高强度绳索300t，高性能复合材料用基布200t的生产规模，其产品大部分用于出口。目前，
英国驻伊拉克部队、驻科威特部队、伊拉克新政府军队及警察、沙特阿拉伯部分军队都在使用宁波大成制造的防弹
装备。
　　宁波大成的高强聚乙烯纤维产业化研究始于1996年。在技术方面，当时荷兰帝斯曼公司、美国联信公司和日
本三井公司分别以十氢化萘、矿物油和石蜡作为纺丝溶剂，并均采用“凝胶纺丝-萃取、干燥及超倍拉伸-成品收卷
设备联合一体化”的“一步法”工艺路线。为回避国外的专利技术，该公司经过刻苦攻关，最终形成了包括工艺路
线、纺丝溶剂和生产设备等在内的全套自主知识产权技术体系。
　　其他生产企业方面，北京同益中特种纤维技术开发有限公司产品已取得欧盟和韩国专利；山东爱地高分子材料
有限公司实现纺丝工艺连续化和单套产能大型化、高效化；2009年仪征化纤公司率先实现干法纺丝工艺路线的产
业化；杭州东南化纤有限公司与东华大学合作，开发了碳纳米管增强的超强聚乙烯纤维，在一定程度上改进了原纤
维的耐热性、抗蠕变性和界面性能。此外，杭州翔盛纺织有限公司、湖南中泰特种设备有限责任公司、上海斯瑞聚
合体科技有限公司、北京威亚高性能纤维有限公司等在高强聚乙烯纤维生产、开发方面也取得一定突破。
　　虽然国产高强聚乙烯纤维产业发展迅速，但在部分高端产品方面与国际先进水平尚存在一定的差距，主要表现
为：树脂质量不稳定，缺少纤维级专用树脂；纤维力学性能不足，指标仅达到发达国家同类产品的中等水平；纤维
的纤度和强度的均匀率较差；缺乏纤维表面改性技术，导致复合材料性能不高；单套设备产能偏低，容易引起纤维
质量波动等。为此，国内多家企业以及研究院所正在进行技术攻关，以期推动我国高强聚乙烯纤维产业的技术进步
和产品的国际市场竞争力。

建议篇
    ◆ 发展火热 须上下兼顾
  　我国的高强聚乙烯纤维产业发展已取得了不俗成绩，现有纤维产能已经超过荷兰、美国和日本，位居世界第一。
虽然预计未来10年全球高强聚乙烯纤维年需求量将达到10万t，由此带动纤维直接产值300亿元人民币，下游制
品产值1000亿元人民币，但目前受成本及开发能力的限制，国内产品应用范围仍局限于传统的安全防护及绳缆行
业，新的应用领域有待于进一步开发和培育。由于下游领域开发进度赶不上产能扩张速度，目前国内已经出现了大
量产能过剩和设备闲置的状况，生产商大都存在开工不足的问题。
    就产品方面看，虽然目前企业已经积累了许多宝贵的生产经验,但产品质量至今仍未能达到理想的状态。目前
国内高强聚乙烯纤维行业尚处于发展初期，市场主体发育尚不成熟，大多处于自发盲目的状态。受制于资金条件，
不少企业为尽快获取投资回报，在设备投入和产品研发方面采取节省的办法，这势必会给其产品品质带来很大负面
影响，甚至陷入恶性循环。
  　为实现高强聚乙烯纤维产业的可持续发展，笔者认为当务之急应当：①实现产学研结合，通过科技攻关提升树
脂及产品质量，改进其耐热性和抗蠕变性能，扩大高强聚乙烯纤维的适用范围；②开辟新的生产工艺和制造方法，
努力降低制造成本，降低产品价格；③加强行业自律，避免无序投资和产能浪费；④重点加强高强聚乙烯纤维复合
材料方面的研究力度，拓展高强聚乙烯纤维在民用领域，如大型风电叶片加强芯材、建筑结构物补强、光缆补强以
及医用材料方面的应用。
  　目前，宁波大成已经在超强聚乙烯纤维表面处理改善新型复合材料应用开发方面取得一定进展。为解决超高分
子量聚乙烯纤维经超高倍拉伸后，纤维与基体间相容性差、界面粘结强度低的问题，宁波大成公司一方面拟采用对
纤维结构损伤小、环境污染低的大气等离子体处理技术，提高纤维浸润性和粘结强度；另一方面拟采用超高分子量
聚乙烯纤维与高强玻纤及其他高强纤维混杂包覆技术，经环氧树脂表面处理，织成复合材料应用基材布。这类基布
具有力学性能好、质地轻、树脂粘结强度大等优点。产品可广泛应用于军用冲锋舟、军用轻质复合道板、小型游艇、
汽车部件和高速列车车厢制造等领域，可大大减轻制品重量，提高产品抗冲击性能。在风机叶片制造方面，此类材
料可大大提高风叶的抗冲击性能和耐疲劳性，尤其值得关注，市场前景看好。
  　在医疗用制品方面帝斯曼公司开发出了一种高强聚乙烯纤维——Dyneema Purity，2008年，该公司又推出了
新一代的Dyneema Purity?誖TG产品，该纤维柔性好，耐磨损，制成手术缝合线后和同等强度的聚酯线相比，直
径为后者的1/2；该纤维还可以用于制造介入疗法和内窥镜手术用导管，目前国内大量使用的是进口产品，价格昂
贵，如果国内能生产同类导管，必将获得巨大经济效益。