■ 步入创新与竞争时代的高性能纤维及其复合材料产业③
超高分子量聚乙烯纤维：全球竞逐下的创新与变革之路
在高性能纤维领域，超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPEF）凭借其卓越的性能，在众多应用场景中占据重要地位。如今，该产业正处于创新与竞争的关键时期，国内外发展态势各有特点，值得深入探究。
国外发展态势
1. 发展近况
根据美国Grand View Research公司的预测，2025年全球防弹类纺织品的市场规模约为23.28亿美元，年均增长率约为3.9%。
UHMWPEF有4种工艺技术路线：以荷兰DSM为代表的四氢萘为溶剂的干法纺丝法，Dyneema纤维现总产能约1.76万吨/年；以美国Honeywell为代表的石蜡油为溶剂的凝胶纺丝法，现Spectra Shield纤维产能约为3000吨/年；以东洋纺为代表的薄膜切割拉伸法，目前产能在百吨级；我国大都选用白油作溶剂的凝胶纺丝工艺。
其中，东洋纺尚有凝胶法干纺UHMWPEF，但其纺丝液中聚合物浓度已由低浓度朝中浓度、再向高浓度发展，提高了生产效率和纤维力学性能，商品名Izanas。
我国仪征化纤等企业则选用四氢萘为溶剂的干纺工艺。
2. DSM公司被欧美公司收购
在三年疫情期间，DSM的UHMWPEF生产线停产，中国企业借此机会扩充产能并拓展出口市场。由于DSM产品在性价比方面不及我国和日本企业，其工程塑料事业部（包括 Dyneema 纤维）被奥地利 OMV 石化公司以 19 亿欧元收购，防护材料事业部被美国 Avient 公司以 14.85 亿美元收购。
3. 相继开发“量身定制”的各种产品规格和牌号
国外各公司除原有不同性能档次的牌号外，先后开发了耐热、低蠕变、超细、超高强、防切割、防刺、绿色低碳型等UHMWPEF产品，以满足不同用户需求。荷兰DSM的新产品如下：
Dyneema SK99：超高强度型，断裂强度为43cN/dtex，比SK78高15%~20%。
Dyneema-20：抗蠕变型，蠕变率比常规UHMWPEF低100%。
Dyneema Diamond 2.0：高防切割型，比标准UHMWPEF的防切割性高3倍，或在相同防切割等级下厚度薄40%左右。
美国Honeywell除生产Spectra900和1000等系列产品外，新开发了Spectra-HT，拉强度高达40cN/dtex。
东洋纺则开发ICEMAX系列织物，系凉感型UHMWPEF系列织物，接触凉感度在通用纤维织物的2倍以上。
日本三井的UHMWPEF商标为Tekmilon，主要用于防护手套、缆绳和钓鱼线等。
4.主要创新点
① 开发生物质UHMWPEF
为实现可持续发展，DSM在全球第一家实现了生物质UHMWPEF的工业化生产。
② 开发高效溶剂回收技术
荷兰DSM与波兰国际清洁技术公司Clariter合作，提出高效化学回收凝胶纺丝溶剂的方案，通过3步工艺将油、蜡和十氢萘溶剂转化为化工级产品，并取得了专利。
俄罗斯Tver国立大学和全俄合纤科学研究院共同开发回收溶剂凡士林油(链长大于C１６H３４的石蜡烃)的提纯技术。
③ 开发UHMWPEF复材再生技术
加拿大Aluula公司与英联邦哥伦比亚大学（UBC）合作，开发全球首家无伤害回收UHMWPEF复材的纤维再生技术，产品应用于轻质超耐久板材和耐磨容器，其强度比模压纯UHMWPE制品高10倍。
④ 新产品开发
Honeywell公司开发新产品Spectra Shield 6000系列，用于各种高性能防弹材料。
在复材方面，国内外都加紧研发碳化硼(B4C)/UHMWPEF防穿甲弹复合装甲、Al2O3/UHMWPEF复合装甲及其性能表征，对推动装甲系统的防护高效化和轻量化发展，有重要意义。
⑤ 新应用
将UHMWPEF应用于海上风电特别是漂浮式洋上风电平台的锚固绳缆是个创举。东洋纺MC公司最近参与大林组和东京制钢纤维绳索公司共同实施的连接浮体与海底系留绳的研究开发，选用东洋纺的Izanas ULC绳索，并计划到2030年将目前的产能提高2倍，达到2000吨/年。
TLC型具有高强高模和耐蠕变性获大幅提高的新品种，耐疲劳性好，且性能长期稳定，经实用于平台锚固绳后，除浮体摇动稳定及发电效率高外，对海域占有面积小，对渔业影响很小。
国内发展情况
1.我国已成为全球最大生产国和出口国
我国现有20多家UHMWPEF生产企业，其中16家主要公司的总产能约10万吨/年，2025年有4家公司合计将扩产1.706万吨/年，包头中远新材料科技有限公司已获批正筹建1万吨/年生产装置。
我国已成为全球最大的UHMWPEF生产国，产销量约占全球的60%以上，产品基本实现系列化，并向下游无纺布、复材制品、防切割手套、缆绳、吊绳、渔网、吊鱼线、风筝线等产业链的方向发展。产品以出口为主，并以细规格丝及下游制品、特别是防切割手套及绳索类为主。
2.主要工艺技术路线齐全
我国绝大部分企业釆用凝胶纺丝-超高倍拉伸法，包括江苏九九久科技、九州星际科技、北京同益中科技、千禧龙纤维、南山智尚、上海斯瑞、山东星宇呈阳新材料、江苏锵尼玛新材料、山东爱地新材料、湖南中泰、山东莱威新材料、宁波大成、北京威亚斯顿、北京量子天地新材料科技、浙江毅聚新材料、南通恒尚新材料科技、长青藤高性能纤维材料、青岛华士杰环保科技、包头中远新材料科技等公司。
仪征化纤是在中国纺织科学研究院的小试基础上，选用十氢萘为溶剂的干纺路线。而山东爱地除拥有凝胶纺生产线外，是我国最早发明熔纺工艺的企业，而且产品力学性能极高，随后被DSM公司收购。
上海化工研究院有限公司也建成干纺中试线，在进料系统、脱溶剂、超倍拉伸、溶剂回收等方面均有自己的特色，纤维强度达38cN/dtex以上。
北京化工大学最近也研发UHMWPE的熔纺新技术，是以高密度氧化聚乙烯蜡（OPE）为润滑剂，用几十孔喷丝板熔纺制得UHMWPE/高密度聚乙烯（HDPE）/SiO2共混纤维。
3. 工艺技术创新点
东华大学对凝胶纺丝工艺从现有双螺杆挤出机溶解设备进行改进，从预溶胀、溶剂调控溶解体系及加入润滑助剂入手，达到UHMWPE均匀溶解解缠和减缓分子降解的目的，提高了纤维的力学性能。
上海化工研究院通过对各种成纤树脂的分子量分布、粒径及其分布、杂质残余量等进行系统的研究，提出了发展常规纤维、超高强纤维及功能纤维所需专用树脂及其原液配制和纺丝工艺条件，并提出开发绿色环保新型纺丝技术等建议。
连云港神特新材料有限公司通过提高后纺工序冷却拉伸倍率，提高纺速和纤维质量，最高强度和模量分别达到40cN/dtex和1713cN/dtex。
山东南山智尚科技有限公司、烟台市南山学院和功能纤维纺织品重点实验室，共同研发黑色的UHMWPEF，强度为31.85cN/dtex，模量3115cN/dtex。
江南大学深入研究了UHMWPEF各种纺织结构织物，如鳞片结构、间隔结构、轴向结构和成形结构等，可充分发挥其优异应用特性，提升产品功能，进一步实现高端化、高技术化、多元化和生态化。
此外，通过UHMWPEF增强高韧性混凝土，发展抗震导性能新型建材方面是个创举；在汽车配件、箱包和户外用品的应用，国外也不多见。
4. 国内外的主要差距
（1）我国在 UHMWPEF 研发方面多处于跟随国外的阶段，重大创新技术较少。例如，国外有UHMWPE薄膜切割、后加工工艺制各特殊断面的UHMWPEF，虽力学性能比凝胶纺丝法低些，但生产成本较低，能耗和碳排放少。
（2）国内存在盲目跟风现象，一旦某个产品受到国家重点支持或效益较好，众多企业便一哄而上，导致产品同质化严重，市场无序竞争。而美、荷、日等国通常各有一家优势企业做大做强，且各具特色。
（3）虽然我国部分产品的最高性能已达到国际先进水平，如莱威公司产品平均强度超 40.9cN/dtex，模量为 1900cN/dtex，但整体产品稳定性不如国外。
（4）国外已开始出现生物质UHMWPEF，而我国在这方面仍有待发展。
5.发展方向建议
（1）我国拥有聚四氟乙烯烧结圆柱体通过切削工艺制备白色纤维的技术和设备。建议开发模压纯UHMWPE圆柱体，用排得很密的刀片，对旋转园柱体表面呈垂直方向切入一定深度；紧接着用另一长刀片切削成所需厚度，形成一排纤维状丝束；再经热拉伸而定型成产品。
（2）无纶是p-ARF或是UHMWPEF复材，研发方向都应朝不同等级、轻量化、舒适化、行动自由化和隐蔽性的方向发展。
总之，UHMWPEF产业正处于快速发展与变革时期，国内外企业都在不断创新、积极竞争。我国虽已取得显著成绩，但仍需正视差距，明确发展方向，在技术创新、产品质量提升和市场规范等方面持续发力，推动产业迈向更高水平。