超高分子量聚乙烯纤维增强体

中文名称

超高分子量聚乙烯纤维增强体

英文名称

ultra-high molecular polyethylene fiber reinforcement

定　　义

以超高分子质量聚乙烯为原料，采用界面结晶生长法、粗单晶拉伸法、超高压挤出法或凝胶纺丝法制成的高强高模纤维增强材料。

应用学科

材料科学技术（一级学科），复合材料（二级学科），增强体（三级学科）

超高分子量聚乙烯纤维属世界范围内的稀缺物资， 世界年需求量约 5万吨，其中美国占70%。但当前全世界产量不足 9000吨，缺口很大。据专家预测，未来10年内每年超高分子量聚乙烯纤维的市场年需求量将在10万吨以上，市场潜力巨大，前景广阔。

世界超高分子量聚乙烯纤维研发和产业化情况

当前，超高分子量聚乙烯纤维国外有荷兰帝斯曼公司（DSM）、美国霍尼韦尔公司(Honeywell)、日本东洋纺公司（Toyobo）共 3家公司能工业化生产，且年总产量不到9000吨。

上世纪 70年代末期，荷兰帝斯曼公司采用凝胶纺丝方法 (Gel spinning) 纺制超高分子量聚乙烯纤维获得成功,并于1990年开始工业化生产，商标为dyneema。该公司是该纤维的创始公司，也是该纤维世界上产量最高、质量最佳的制造商，年产量约5000吨。80年代美国Allied-Singal公司购买了荷兰帝斯曼公司的专利，开发出了自己的生产工艺并工业化。1990年Allied Signal公司被霍尼韦尔公司兼并，继续生产超高分子量聚乙烯纤维，商标为spectra，年产量约 3000吨。日本东洋纺公司和荷兰帝斯曼公司合资在日本生产超高分子量聚乙烯纤维，商标为dyneema，销售地区仅限日本和中国台湾省，年产量约600吨。

超高分子量聚乙烯纤维市场情况

当期欧美和日本的超高分子量聚乙烯纤维用途结构有一定差异。欧美主要用于防弹衣和武器装备，占总量 60%～70%，其次为绳缆占20%，渔网等占5%、劳动防护占5%；日本主要用于绳缆、渔网、防护类，特别是防切割手套，在汽车生产涂漆工序的使用已达到超高分子量聚乙烯纤维总需求量的1/4。

超高分子量聚乙烯纤维自商业化生产以来，一直在迅速发展。美国发生恐怖事件和世界不断发生局部战争以来，防弹衣料和军需装备用超高分子量聚乙烯纤维的需求迅速扩大。同样在民用领域，超高分子量聚乙烯纤维产品以其优良的性能，迅速成为海上用绳缆、远洋渔网和海上网箱等的主要材料，其市场需求保持旺盛的增长。尽管荷兰帝斯曼公司、美国 霍尼韦尔公司 和日本三井公司近几年多次增建扩产，产量以每年 8%以上的速度递增，但仍不能满足市场需求。

1、 荷兰帝斯曼公司的 情况。 2001年美国发生恐怖事件后，以美国为中心的防弹衣用产品需求激增， 帝斯曼公司迅速 扩建，将生产能力增加 10%以上。据报道，2006年 荷兰帝斯曼公司计划在 美国的 北卡罗来纳州 Greenville工厂 原有生产线的基础上，再 新建1条生产线， 将使该公司纤维生产线总数达到10条，新装置预计将于2008年早期投产 。而且Greenville工厂的产品直到今天主要供应美国军队和执法机构。

2、美国 霍尼韦尔公司 的情况。 美国 霍尼韦尔公司至今没有扩产， 2006年与 帝斯曼公司就有关超高分子量聚乙烯纤维的分歧达成谅解，默认帝斯曼公司在美国境内的不断扩产，其详情不得而知。 据悉霍尼韦尔公司生产工艺的主要辅料为 氟氯化碳 (俗称氟利昂) ， 氟氯化碳的使用 给扩产带来了巨大技术障碍。

3、日本三井公司的情况。2003年4月日本三井公司开始建设新的 超高分子量聚乙烯纤维生产线，加上原来的生产装置，使日本的年设计生产能力达到 600吨。产品重点放在扩大作业手套、钓鱼线和绳缆市场上。

超高分子量聚乙烯纤维产业化

我国自1985年开始超高分子量聚乙烯纤维的研究，东华大学、盐城超强高分子材料工程技术研究所先后加入研发行列， 并取得了一系列重大理论突破。随即一些企业投入中试及小规模工业化生产，至今经过不懈努力其纤维性能已经达到国际中等水平并具有各自的特色，部分进入规模化生产阶段。目前国内有郑州安泰防护科技有限公司、北京同益中特种纤维技术开发有限公司、湖南中泰特种装备有限公司、宁波大成新材料股份有限公司、山东爱地高分子材料有限公司 5家生产超高分子量聚乙烯纤维，都取得了较大的成绩。但由于这五家所采取工艺方式和设备路线不尽相同，故而导致产品质量和单机产量差距较大。

在上述4家企业当中， 北京同益中特种纤维技术开发有限公司（BJTYZ）经过近20年的技术发展，已建成年产1000吨超高分子量聚乙烯纤维（DOYENTRONTEX纤维）的生产基地、山东爱地也于2005年建成年产200吨的生产基地。当前他们的大多数设备的制造、安装、及工程开车得益于盐城市神泰纺织器材有限公司的支持，所有生产装置运行稳定、设计环保、单机产能高且自控水平较好，从投料到成丝卷绕整个过程连续化生产，生产辅料全部回收，产品质量稳定。

提高单机产量，实现规模化生产，以技术进步带动产业升级，使我国超高分子量聚乙烯纤维的制备技术和装备水平接近国际先进水平，将是该产品在我国的发展方向和要求。当前，盐城超强高分子材料工程技术研究所和东华大学正联合研究开发新一代产量高、质量好的工艺和装备技术。为此，国家在“十一五”《纺织工业科技进步发展纲要》中重点将超高分子量聚乙烯纤维产业化研发列为纺织行业重点突破的 28项关键技术之首位，并要求“要对 国内已有基础的新一代超高强高膜聚乙烯等应用技术深化研究，实现产业升级”。

市场情况

超高分子量聚乙烯纤维的高端市场是绳网制造业，其次是用于防弹片（ UD）。 我国超高分子量聚乙烯纤维年产量已经接近3000吨，主要用于制造防刺服、防弹衣、防弹头盔、绳缆、远洋渔网、鱼线、劳动防护等，部分纤维出口欧美及亚洲等一些国家和地区。国内国防领域已逐步使用，民用领域应用也在推广使用，每年的市场需求量约在10000吨以上。随着超高分子量聚乙烯纤维在我国实现规模化工业生产，以及生产成本和产品价格的下降，必将迅速带动中国在其国防和民用应用领域的 研究和发展，尤其是在民用领域（ 绳缆、远洋渔网、海上养殖、劳动防护类） ，应用范围将不断扩展，社会惠及面越来越广， 市场需求保持旺盛增长。中国超高分子量聚乙烯纤维的发展对国防建设和军事装备也将有着不同寻常的战略意义。

中国是化纤大国，但不是化纤强国，据专家介绍和有关部门统计，中国的高性能特种纤维的产量仅为世界产量的百分之一。 当今世界三大高 性能 纤维是：芳纶、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维，当前中国由于技术问题芳纶仅有小量生产；碳纤维尚处在试验和初级生产阶段，产品只能应用在耐磨填料等领域；超高分子量聚乙烯纤维在1994年同益中突破关键性生产技术以来，现已经在国内形成多个超高分子量聚乙烯纤维产业化生产基地。据报道，美国超高分子量聚乙烯纤维 70%用于防弹衣、防弹头盔、军用设施和设备的防弹装甲、航空航天等军事领域，而高性能纤维的发展是一个国家综合实力的体现，是建设现代化 强国的重要物资基础。当前，以国家已经大力支持与加速发展我国的超高分子量聚乙烯纤维的生产与应用，国产UHMWPE 纤维已经在全世界占用举足轻重的地位。

由于超高分子量聚乙烯纤维具有众多的优异特性， 它在高性能纤维市场上，包括从海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方面均显示出极大的优势，在现代化战争和航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用 。

超高分子量聚乙烯纤维国防方面

由于该纤维的耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料，如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣、盾牌等，其中以防弹衣的应用最为引人注目。它具有轻柔的优点，防弹效果优于芳纶，现已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维。另外 超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比弹击载荷值 U/p是钢的10倍，是玻璃纤维和 芳纶的2倍多。国外用该纤维增强的树脂复合材料制成的防弹、防暴头盔已成为钢盔和芳纶增强的复合材料头盔的替代品。

超高分子量聚乙烯纤维航空方面

在航天工程中，由于该纤维复合材料轻质高强和抗冲击性能好，适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。该纤维也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索，其发展速度异常迅速。

超高分子量聚乙烯纤维民用方面

(1)绳索、缆绳方面的应用：用该纤维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程，是该纤维的最初用途。普遍用于负力绳索、重载绳索、救捞绳、拖拽绳、帆船索和钓鱼线等。该纤维制成的绳索，在自重下的断裂长度是钢绳的8倍，是芳纶的2倍。该绳索用于超级油轮、海洋操作平台、灯塔等的固定锚绳，解决了以往使用钢缆遇到的锈蚀和尼龙、聚酯缆绳遇到的腐蚀、水解、紫外降解等引起缆绳强度降低和断裂，需经常进行更换的问题。 (2)体育器材用品：在体育用品上已经制成安全帽、滑雪板、帆轮板、钓竿、球拍及自行车、滑翔板、超轻量飞机零部件等，其性能较传统材料为好。

(3)用作生物材料：该纤维增强复合材料用于牙托材料、医用移植物和整形缝合等方面，它的生物相容性和耐久性都较好，并具有高的稳定性，不会引起过敏，已作临床应用。还用于医用手套和其他医疗措施等方面。

(4)工业上，该纤维及其复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板等；建筑方面可以用作墙体、隔板结构等，用它作增强水泥复合材料可以改善水泥的韧度，提高其抗冲击性能。

用途：防弹背心和头盔、轻质装甲、船帆、缆绳、光缆补强体降落伞和滤材等。