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我国超高分子量聚乙烯纤维发展应用现状
日期:2019-7-11 江苏化工网
    

 超高分子量聚乙烯纤维与对位芳纶、碳纤维并称当今世界三大高科技特种纤维,具有强度高、模量高、质量轻、防弹、防刺、防割、防海水性好、耐化学腐蚀、抗紫外线、耐磨度高、耐低温等显著优点,广泛应用于国防军工、航空航天、安全防护、工程建筑、海洋渔业、民用纺织品等领域。目前,我国已成为全球最大的超高分子量聚乙烯纤维的生产和出口国,产业规模不断增长,产品质量持续提升,应用领域不断拓展,并且打破了长期以来国外技术垄断和产品禁售的局面。

打破国外产品技术垄断                 

20世纪70年代末期,荷兰DSM公司首次研发出以十氢萘为溶剂的干法纺丝技术,制得超高分子量聚乙烯纤维,并于1990年实现了工业化生产。

日本Toyobo公司通过与其合资建设了生产线。

美国Allied Singal公司(于1990年被Honeywell兼并)在购买DSM专利的基础上,开发了以白油为溶剂的湿法纺丝技术,并实现工业化生产。

由于超高分子量聚乙烯纤维在航空航天、国防军工等领域有着不可替代的作用,是涉及到国家安全的敏感战略物资。为实施战略物资的控制和垄断,西方发达国家长期以来禁止向我国转让生产技术和销售产品。

为打破国外技术垄断,我国东华大学(原中国纺织大学)于1984年开始研究湿法纺丝技术,1997年进行了小试,1999年实现了扩试生产,此后该技术被国内多家企业广泛采用,得到快速发展。

中国纺织科学研究院干法纺丝技术则于2000年取得了突破,2006年在中国石化南化集团研究院中试装置成功生产。2008年起由中国石化仪征化纤公司独家应用进行工业化生产。

提升国际市场竞争力

我国超高分子量聚乙烯纤维行业已经形成了产业规模化发展,生产技术不断进步,产品质量持续提升,应用领域加快拓展,构建了较强国际竞争力。具体表现在以下几个方面:

一形成了产业规模化发展

进入21世纪后,我国加大了高技术纤维产业化进程。特别是自2007年起,国家发展改革委设立高技术纤维专项扶持计划,超高分子量聚乙烯纤维规模由百吨级迈上千吨级;此后经过十年快速增长,我国成为全球超高分子量聚乙烯纤维生产大国。目前我国超高分子量聚乙烯纤维生产企业已近20家,2018年总产能达25680吨,占全球的68%;总产量17350吨,占全球的61%;进口650吨,出口4635吨。

二构建了较强的国际市场竞争力

在产品质量方面,除了少量高端产品外,其余均已达到国际领先水平。在生产成本方面,我国超高分子量聚乙烯纤维生产成本比国外低20%以上。在生产技术方面,我国同时拥有自主知识产权的干法和湿法两种超高分子量聚乙烯纤维生产技术。

三遏制了国外垄断暴利

2000年之前,在西方发达国家超高分子量聚乙烯纤维技术和市场垄断期间,每吨产品价格约在100万元左右(400D产品,下同),同时对我国禁售。随着我国超高分子量聚乙烯纤维逐步产业化,国外逐步放开对我国销售中低端产品。近年来,我国该产品产能和产量快速增长,市场价格逐步走低,目前已降至10万元/吨左右。这将有利于拓展市场应用,提升市场需求。

四拓展了民用纺织品领域

目前,我国超高分子量聚乙烯纤维在民用和军用的比例约为7:3。民用市场具有需求量大、稳定性好、应用领域广等特点,拓展民用市场有助于行业健康发展。我国是纺织服装生产消费大国,随着超高分子量聚乙烯纤维在凉席、床单、沙发垫、高强缝纫线、牛仔面料等民用纺织领域的拓展,市场价格逐步走低,未来市场前景较好。

产品应用:军民两相宜

一军工、航天领域

1)利用其高强耐磨的防护性能,应用于装甲车辆的防护板、坦克的防护内衬、防弹头盔、盾牌、防弹衣、防雷靴、防暴毯、防切割手套、轻型复合装甲、战地医院、战地帐篷等方面。

2)利用其介电常数低、介电损耗低、声呐透过率高等性能,应用于天线整流罩、导弹罩、雷达防护外壳罩等方面。

3)利用其轻质高强性能,应用于军舰和装甲车缆绳与牵引绳、水雷系留索、降落伞绳等军用绳索。

4)利用其强度高、抗冲击、质量轻等性能,应用于飞机翼尖结构、飞船结构、浮标部件、无人机外壳、特种伞材等方面。

二民用领域

近年来,我国超高分子量聚乙烯纤维在民用产品领域应用得到了大幅度拓展,产品结构趋于合理。2018年,我国超高分子量聚乙烯纤维消费总量13365吨,其中绳网领域用量3320吨(占24.8%),手套领域用量4945吨(占37.0%),防弹防护领域用量3530吨(占26.4%),织造领域用量1570吨(占11.8%)。

利用其轻质高强、耐磨、耐腐蚀、抗紫外等性能,应用于负力绳索、重载绳索、救捞绳、拖拽绳、帆船索和钓鱼线等方面,包括超级油轮、海洋操作平台、灯塔等的固定锚绳;应用于海洋捕捞拖网、大型海洋养殖网箱;应用于工程施工吊绳、安全带、安全网、家庭逃生绳索等。还可作为增强剂在材料中使用,如通过在混凝土中加入超短纤维,提高混凝土的抗震、抗冲击性能;利用其生物相容性等性能,在人造骨骼关节中加入超高分子量聚乙烯纤维,增强人造关节的强度和耐磨性能。

未来行业发展方向

一技术研发

在技术研发方向方面,超高分子量聚乙烯纤维发展方向如下:

1)研发高强度、高质量稳定性产品

超高分子量聚乙烯纤维高端产品的优势主要体现在强度高、质量稳定性好。我国超高分子量聚乙烯纤维产品强度可达38CN/dtex,但与日本东洋纺的45CN/dtex高强产品相比,还有较大差距,质量稳定性还需进一步提升。

2)研发抗蠕变产品。据报道,荷兰DSM公司已研发出极低蠕变纤维(Dyneema DM20),在70300 MPa(海中锚固的典型负荷)下加速蠕变试验,10个月后蠕变延长率仅为0.2%,相当于在常温下放置25年左右。我国相关企业也在加快抗蠕变纤维研制。

3)研发高等级耐切割产品。我国高等级耐切割纤维已经批量生产,但生产稳定性还需提升。

4)研发系列化有色丝。针对超高分子量聚乙烯纤维染色性能差问题,国内已研发生产有色纤维,但品种尚不够丰富,未来需完善标准色卡,形成有色丝系列化。

5)研发改性产品。研发细旦、异型纤维产品,满足民用纺织品舒适感的需求。通过复合技术、加工技术,满足材料增强、功能改性的需求。

6)研发低成本生产技术。通过持续技术升级、节能降本等措施,降低生产成本,跟踪研究熔融纺丝低成本制备技术进展。

二应用领域拓展  

利用其良好的导热性能,拓展其在民用夏季纺织品的应用;

利用其强度高特点,拓展其在家用、产业用等纺织增强领域的应用;

通过与其他特种纤维优势互补协调效应,研制高强复合材料,开拓新的应用领域;

利用价格优势,替代碳纤维、对位芳纶等应用领域;

通过材料升级,替代尼龙、涤纶工业丝等部分应用领域。

三行业规范发展

在行业规范发展方面,超高分子量聚乙烯纤维发展方向如下:

1)推进行业协同、理性发展,避免恶性竞争。既要保持市场竞争活力,推动淘汰落后、产业升级;又要防范非理性发展、恶性竞争,危害行业整体竞争力。

2)完善超高分子量聚乙烯纤维应用标准。我国超高分子量聚乙烯纤维属于新兴产业,随着应用领域不断拓展,需不断完善相关应用标准,确保下游产品规范应用、性能指标和产品质量。

3)加强品牌建设,品牌建设是打造国际竞争力的有力支撑。

4)要加强保护知识产权。

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