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超高分子量聚乙烯纤维应着眼提质降本
2016年16期 发行日期:2016-08-15
作者:zhoukan2012

  近年来,国内超高分子量聚乙烯纤维产量增长保持在15%以上,2015年增幅超过25%。出口量上升、进口下降明显,说明国产纤维质量已得认可,综合竞争力明显提升。随着应用领域由国防军工高端产品向民用高档产品发展,提高质量、降低成本将是各企业考虑的重点,也是未来技术发展的重点。
技术:以凝胶纺丝为主
  超高分子量聚乙烯纤维自上世纪70年代发展至今,先后出现了高压固态挤出、増塑熔融纺丝、表面结晶生长、区域超拉伸和凝胶纺丝等多种生产技术。其中,真正进入工业化生产阶段的只有増塑熔融纺丝和凝胶纺丝技术。由于分子量的限制(MW<200万)以及石蜡油不易除去,増塑熔融纺纤维的性能要低于凝胶纺产品,近年来未取得更大的发展,目前工业化产品主流为凝胶纺丝技术。
  根据溶剂的不同,凝胶纺丝技术又可分为干法纺丝和湿法纺丝。目前国外产品以干法纺丝技术为主,产能约占其总产能的76%,国内干法纺丝技术起步较晚,仅仪征化纤一家,产能约占国内总产能的28%。
市场:应用空间广阔
  超高分子量聚乙烯纤维最主要的三大应用领域为防弹防护、缆绳绳网、防切割手套等。近年来,干法纺纤维在纺织面料领域应用渐成特色,在民用市场领域具有很强的竞争优势。
  1. 防弹防护产品
  防弹防护是超高分子量聚乙烯纤维在军用领域最重要的应用,包括防弹和防刺两个方面,可以制成防弹衣料、头盔、插板、护盾、军用车辆的装甲护板、雷达的防护罩等,可防护宽量程的弹道威胁。目前超高分子量聚乙烯纤维已经成为美国军用市场的主导纤维。国内的超高分子量聚乙烯纤维无纬布在防弹和防刺两个方向均有较好发展,除满足国内军警需求之外,还部分出口。干法纺的纤维纤度细、柔软、强度高,防NIJⅢA(9mm)软质产品,面密度可达4.0kg/m2,处于行业领先水平。
  2. 缆绳绳网
  超高分子量聚乙烯纤维在缆绳上的应用主要是远洋船只和海洋工程方面的系泊缆绳,在传统的作业绳、拖绳、吊装绳索等领域有逐步取代钢丝绳和尼龙绳的趋势。针对该缆绳易蠕变的缺点,DSM研发了可用于深水永久系泊系统的DM20纤维。经模拟计算,DM20制成的缆绳在经受标准条件下25年的蠕变伸长率<0.5%。
  超高分子量聚乙烯纤维比重轻、强度高、耐咬、耐磨、耐候、不霉烂,可用于养殖网箱和渔网,既可有效利用养殖空间、增加养殖密度、又能防止食肉鱼对经济鱼类猎杀,使用寿命长,能有效控制养殖成本、降低养殖风险。使用高性能大中型养殖网箱和拖网的渔获产值比使用高密度聚乙烯养殖网箱和拖网的同体积或同功率渔船提高25%,网具能耗系数减少66%,净利润提高87.3%,可显著提高渔业生产效率及经济效益。
  超高分子量聚乙烯纤维还可以用在其他网类制品中。例如,用作高尔夫练习场的挡球网,网线很轻很细,球网不会出现下垂变形且几乎看不见,高尔夫球手可以体验一种敞开的感觉。用做动物防护网,可防止鹿等动物入侵种植林区。用作航空货运网,重量约为传统聚酯网的50%,寿命延长60%,降低了航空公司的维护成本。
  3. 防切割手套
  防切割手套是将超高分子量聚乙烯长丝与其他纤维如涤纶、尼龙、氨纶、玻纤或钢丝等进行包覆,再经编织制成,考虑产品防滑、防湿及使用环境等因素,还需进行浸胶、定型处理。另外,针对部分对静电有特殊要求的劳动场合,可在手套织造中加入导电纤维,开发具有防静电功能的防切割手套。
  干法纺丝纤维以其独特的风格,加工成的防切割手套的手感更加柔软、吸湿排汗和凉感效果非常明显。同时也容易织成面料用于缝合手套、防护围裙等,长丝还可以切短纤,进行纺纱,再加工成手感更加柔软并具防滑功能的针织手套,进一步提高手套的适用性。
  4. 纺织面料
  超高分子量聚乙烯纤维的导热系数是涤纶的4倍,干法纺丝的纤维还具有导湿特性,其长丝及短纤纱制品已在有冰凉需求的服用、家纺等领域有所应用。例如,运动袜、清凉服装、凉垫等。随着超高分子量聚乙烯有色纤维的开发,纺织面料的种类也日益丰富。Toyobo公司开发了超高分子量聚乙烯纤维和其他特种纤维复合制成的高热传导率织物ICEMAX?誖,触感冰凉且能快速散热,已用于企业员工工作服面料,另外,ICEMAX?誖的应用领域也正在向寝具方面延伸。
  5. 其他
  超高分子量聚乙烯纤维具有高比强度和比模量,以及良好的韧性和耐冲击性能,在体育竞技、增强材料、薄壁耐压材料、医用材料等领域有广泛的应用或开发潜力。此外,其还具有负膨胀特性,即随温度降低而膨胀,以及低摩擦系数,在室温~4K范围内可以流畅滑动,因而在低温领域有特殊应用。例如,日本已将超高分子量聚乙烯纤维增强塑料用作超导线圈筒管。
未来:关注细旦环保 着眼提质降本
  超高分子量聚乙烯纤维自商业化生产以来一直在快速发展,但在世界范围内仍处于供不应求的状态。近年来,世界各地恐怖袭击事件猖獗,多地不断发生局部战争,防弹防护的应用需求一直在不断扩大。
  同时,随着产品生产技术的成熟,生产成本逐年下降,产品品种不断丰富,其在民用领域的接受度也越来越高,这将推动超高分子量聚乙烯纤维需求进一步扩大。近五年国内超高分子量聚乙烯纤维应用分布变化如表1所示。细旦化是开发民用产品的关键,细旦化有利于提高产品的强度和模量,干法产品的“柔软导湿”有利于提高产品的舒适性,将是今后产品开发和技术改进的发展方向。
  国内的超高分子量聚乙烯纤维产量增长保持在15%以上,2015年增幅超过25%。出口量上升、进口下降明显,说明国产纤维质量已获得认可,综合竞争力明显提升。近五年,国内超高分子量聚乙烯纤维发展情况如表2所示。
  国内超高分子量聚乙烯纤维经过十多年的发展,技术成熟,发展迅速,应用领域不断扩大,但随着市场竞争的不断加剧,暴利时代已经成为过去。提高质量、降低成本将是各企业考虑的重点,也是未来技术发展的重点。产品应用领域正由国防军工高端产品向民用高档产品方向发展,规模化是必由之路,只有通过规模化建设,才能解决质量和成本问题,才能推进发展,进一步拓展应用。
  另一方面,随着产能的提高,超高分子量聚乙烯纤维的生产能耗偏高将成为突出问题;生产过程中的溶剂/萃取剂如果回收不充分,所产生的VOC,不仅影响自然环境,而且长期接触将危害操作人员身体健康,职业卫生的要求也不容忽视。因此,绿色低碳发展是超高分子量聚乙烯纤维生产技术的一个发展方向,也是这个产业能否健康发展的基本要求。

表1  近五年国内超高分子量聚乙烯纤维应用分布     吨

 2011 2012 2013 2014 2015
手套领域 1200 1400 1650 1860 2420
防弹领域 1080 1350 1510 1600 1900
绳网领域 280 500 745 1000 1070
其他 10 65 100 140 180

表2  近五年国内超高分子量聚乙烯纤维发展情况     吨

 2011 2012 2013 2014 2015
产能 8480 8880 9530 9530 10500
产量 4000 4860 5620 6500 8160
进口量 360 355 385 300 290
出口量 1800 1900 2000 2200 2880
表观消费量 2560 3315 4005 4600 5570

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