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我国超高分子量聚乙烯纤维的发展现状与建议

发布日期:2024-04-10 09:02:49 作者: 点击:

我国超高分子量聚乙烯纤维的发展现状与建议

(初稿)

摘 要:超高分子量聚乙烯纤维因优异性能在航空航天、军事防护、海洋工程及纺织等领域具有广泛的应用前景,是世界各国竞相发展的战略性新材料。本文梳理了我国超高分子量聚乙烯纤维发展历程,总结了当前产业发展现状,分析了存在的问题,并对未来发展提出建议。

关键词:超高分子量聚乙烯纤维;工艺及成套装备;技术创新;发展建议

中图分类号:TQ342.  +74           文献标志码:A

Development Status and Suggestions of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Fiber In China

Abstract: Ultra-high Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) fiber has a wide application prospect in Aerospace, Military protection, Ocean engineering and Textile industry because of its excellent properties It is a strategic new material developed by countries around the world. This paper reviewed the development process of UHMWPE fiber in China, summarized the current status of industrial development, analyzed the existing problems, and put forward suggestions for future development.

Key words: Ultra-high molecular weight polyethylene fiber; Process and complete equipment; Technical innovation ; Development Suggestion

1. 引言

超高分子量聚乙烯纤维(Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber,以下简称UHMWPE纤维),又称高强高模聚乙烯纤维,是指由分子量100万以上的聚乙烯树脂为原料制备而成的高性能纤维,是目前工业化高性能纤维材料中比强度和比模量z高的纤维,与碳纤维、芳纶并称三大高性能纤维。UHMWPE纤维是由碳氢大分子链组合而成,具有优良的力学性能、耐磨性、耐低温、耐紫外和耐腐蚀性。

2. 发展历程

我国于20世纪80年代开展UHMWPE纤维的相关研究。东华大学于1984年成立了冻胶纺丝课题组,逐步攻克了聚乙烯冻胶纺丝技术,积累了丰富的小试、中试数据,研发了具有自主知识产权的技术工艺,为后续产业化奠定了坚实基础。1997—1999年,东华大学相继与宁波大成、湖南中泰和北京同益中等企业合作,并于2000年左右实现了UHMWPE纤维产业化生产。1998年,江苏宏达(现m95536cn金太阳官网下载)开始进行UHMWPE纤维生产成套装备及工程技术的研发工作,并于2005年与东华大学合作成立“工程技术研究所”,共同开发大产能成套技术及装备,其与东华大学联合开发的年产300吨耐热抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维生产技术及成套装备于2018年6月通过由中国纺织工业联合会组织的科技成果鉴定,整体技术达到国际先进水平。中国纺织科学研究院自2000年立项开发以十氢萘为溶剂的干法纺丝技术,并与中国石化仪征化纤股份有限公司于2008年建成国内首套300吨/年UHMWPE纤维干法纺丝生产线,填补了国内空白,后于2011年建成1000吨/年产业化生产线。

3. 发展现状及取得的成绩

UHMWPE纤维作为军民两用关键新材料,多年来,由于发达国家对我国实行技术和产品的双重封锁,一直处于受制于人状态。2005年以来,在相关部门、单位、协会、企业的通力合作下,UHMWPE纤维产业化取得了突破性进展,在产业规模、核心技术、产品质量和应用拓展等方面取得了令人瞩目的成就。

3.1产业规模位居世界首位

经过多年,国内UHMWPE纤维企业主要有20多家,包括江苏九洲星际、北京同益中、江苏仪征化纤、浙江千禧龙纤、湖南中泰、宁波大成、连云港神特等,合计产能约4.1万吨,总产能已超过国外总和,产品质量和技术也与具备较强市场竞争力。特别是2005—2022年期间,我国UHMWPE纤维产能从2000吨左右增至约42000吨,增长了21倍,年均增速19.6%;产量从800多吨增至31000吨,年均增速24.0%,同时我国UHMWPE纤维总产能在全球产能的占比由2005年的8%提高到2022年的67%以上,与此同时有效产能不断增加,2022年产能利用率达到73.8%。整体上看,我国UHMWPE纤维产量和质量水平已居世界前列。

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资料来源:中国化学纤维工业协会整理

图1、2005—2022年我国UHMWPE纤维产能产量情况表

3.2技术装备达到国际先进水平

在高校、科研院所和企业的共同努力下,我国UHMWPE纤维行业已形成了具有自主知识产权的湿法纺丝和干法纺丝技术,且技术体系逐渐完善,生产效率进一步提升。我国UHMWPE纤维差别化、功能化技术进一步提升,高强、细旦、耐热、抗蠕变等新产品持续满足绳缆网、手套、防弹和纺织等领域应用需求。UHMWPE纤维专用树脂技术实现新突破,产量和品质大幅提高,支撑了纤维质量稳定性提高和高等级产品开发。江苏m95536cn金太阳实现了UHMWPE纤维成套装备国产化,并逐步优化升级,单线产能达到300吨/年以上,有力支持了我国UHMWPE纤维高质量发展。

表1、 我国超高分子量聚乙烯纤维十年发展对比表

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资料来源:中国化学纤维工业协会整理

3.3 市场应用实现多元化

国内UHMWPE纤维主要应用领域是绳缆网、手套和防弹三大领域,合计用量约占80%以上。2022年国内UHMWPE纤维产量约为3.1万吨,市场呈现产销两旺,量价齐升的良好态势,原因主要是军事装备,特别是防弹需求大幅增长。海洋产业以绳缆为主,用量基本保持稳定,包括系泊绳、牵引绳、深/近海网箱线等,产品结构丰富,但纤维价格敏感;手套领域用量小幅减少,主要原因是主要出口市场欧盟需求疲软,纤维价格较为稳定;国际关系持续紧张导致防弹领域市场需求旺盛,对防弹级纤维需求大幅增加,用量增长约3倍,且纤维价格年内持续攀升。此外,UHMWPE纤维在登山绳、球拍网线、滑雪板等体育器材领域,以及床垫、凉席、被罩等家用纺织品领域也实现了应用。

3.4国际贸易显现较强优势

一是国外UHMWPE纤维每进口量为100吨左右,仅占国内应用总量的0.6%,表明国产UHMWPE纤维已经占据国内绝大部分市场,并得到下游客户广泛认可。二是2015年至2022年,我国已累计出口UHMWPE纤维共计26258.6吨,年出口量平均约占国内产量的近20%,表明国产UHMWPE纤维已具有较强的国际竞争力。

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资料来源:中国化学纤维工业协会整理

图2、2015—2022年我国UHMWPE纤维出口情况图

4. 存在的问题

虽然我国UHMWPE纤维行业已具一定国际竞争优势,行业不存在明显“卡脖子”环节,但与国外先进水平相比仍存在短板,主要表现在:

4.1产业化技术成熟度尚需提高

虽然我国UHMWPE纤维核心技术不断突破,产品系列不断丰富,但产品稳定性、可靠性仍有待于进一步提高,国产UHMWPE纤维整体性能与国际发达国家产品相比仍存在一定差距,特别是后道使用工艺性和复合性能亟待解决。

4.2中高端产品供给不足

目前国内UHMWPE纤维已实现产业化的产品主要集中在强度为35cN/dtex左右的产品,强度大于40cN/dtex以上的超高强、耐热抗蠕变、高耐切割等功能性纤维产品缺乏,尚不能满足高端领域应用需求。

4.3国产装备绿色化、规模化、自动化水平有待加强

国内已突破UHMWPE纤维成套装备的设计制造技术,但单线产能以150-200吨为主,且生产能耗和三废排放较高,辅料回收水平需进一步提高。此外,生产过程中涉及的物料输送、车间物流、包装仓储和信息流转等环节的数字化水平还处于空白。

5. 发展建议

5.1 加强技术创新,实现差异化发展

围绕UHMWPE纤维产业提质增效,结合不同应用领域需求,开发超高分子量聚乙烯纤维高效溶解、抗蠕变专用树脂,重点研发耐热抗蠕变、超高强度(强度≥40cN/dtex)和模量(模量≥1600cN/dtex)及高耐切割性能的超高分子量聚乙烯纤维的关键制备技术和专用设备。加强细旦、高耐磨、中低强度、有色等差别化产品研发力度。开发环保溶剂、无固废产生溶剂回收技术,及绿色环保的低成本生产关键技术和装备,大幅降低生产成本,拓宽产品在民用和海洋产业的应用。研发适合工业化生产的新型改性技术,提升纤维界面粘结性能,提高复合材料力学性能。

5.2 加强融合创新,拓展应用领域

以行业内龙对企业为依托,以重大项目为抓手,以保障产业链安全,满足国家战略需求为目的,持续推动超高分子量聚乙烯纤维生产应用技术突破,稳步提升纤维质量稳定一致性,推动UHMWPE纤维与医疗、电子等学科领域的技术突破与交叉融合,实现跨领域协同研发攻关和产业化应用,为国防军工、航空航天、电子信息、生物医疗、深海养殖、交通运输等关键领域提供高性能、多功能纤维材料及制品,形成系统解决方案。

5.3加强设计创新,提升数字化绿色化水平

顺应当前智能化、绿色化、高端化发展大趋势,加快应用移动互联网、人工智能、区块链、云计算、大数据等新一代信息技术,推进自动配料、外观检测、自动包装及立体仓储等示范应用,不断推动行业向数字化转型升级,巩固提升产业国际竞争优势。同时,加大萃取、溶剂回收技术研发,降低能耗物耗和三废排放,助力双碳战略目标实现。

5.4加强标准创新,优化行业标准体系框架

围绕安全防护、深海养殖、等应用领域,通过应用牵引,制定符合中国市场特性、国产UHMWPE纤维特点的自主标准体系,促进产业链上下游之间的标准协调配套,推动国产UHMWPE纤维规模化应用;推动上下游关联企业信息共享,构建行大数据平台,为UHMWPE纤维创新发展提供支撑;持续发挥团体标准独特作用,完善UHMWPE纤维抗蠕变、耐切割等性测试标准,满足下游应用多样化、快速化需要,拓展国产UHMWPE纤维加快应用。

参考文献

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