高强高模聚乙烯纤维的发展与应用

1、高强高模聚乙烯纤维的发展与应用时间：2007-11-30 08:46:56来源：本网【关闭】【正文】20世纪70年代以来，尤其是近十年以来，国内外关注新型化纤材料的研发， 主要集中在 三高”上，即 高性能、高感性、高功能纤维。高性能纤维指强度大于 17.8cN/dtex （20g/d）、模量在445 cN/dtex （500g/d） 以上的特种纤维。高性能纤维分有机纤维和无机纤维两种，有机纤维主要有对位芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺，芳纶1414,商品名Kevlar）,间位芳纶（聚间苯二甲酰间苯二胺，芳纶 1313,商品名Nomex）;超高分子量的高强高 模量聚乙烯；聚苯并双恶座（PBO）;高强高

2、模量聚乙烯醇等。无机纤维主要是碳纤维。1、继碳纤维、芳纶之后的第三代高性能纤维高强高模聚乙烯纤维即超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）,是以超高分子量聚乙烯为原料，将其溶解于一种特殊的溶剂中，再由喷丝孔喷出成丝。在溶解的过程中，原先相互缠绕呈无序排列的大分子逐渐 被解缠，并保持到冻胶原丝中。在随后的纤维拉伸过程中，聚乙烯高分子达到了极高的取向度和结晶度， 从而赋予纤维以高强力和高模量。国际上关于高强高模聚乙烯纤维的基础理论早在上世纪30年代就已提出，然而几乎经历了近半个世纪才发明这种纤维及凝胶纺丝法的生产工艺，被称为化学纤维的第二次飞跃，是柔性链高分子成为高强纤维的典型例子。UHMWPE的比重

3、是所有高性能纤维中最小的（小于 1）,是唯一能够浮在水面上的高性能纤维，还由 于分子量极高，主链结合好，取向度、结晶度高而具有最高的比强度（强度与重量之比），即相同重量下 的强度是钢丝绳的15倍，比芳纶高40%,是普通化学纤维的10倍；其模量为1000-l100g/d ,仅次于特级 碳纤维而优于芳纶；该纤维不仅断裂伸长低、断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，故具有突出的抗冲 击和抗切割韧性；而且该纤维不含易与化学药剂反应的化学基团，能抗紫外线和耐各种化学腐蚀。如此突 出的性能使其成为碳纤维、芳纶之后的第三代高性能特种纤维。2、国家鼓励发展的特种纤维品种之一因为国外技术的垄断及国内研发水平的落后

4、，国内高强PE纤维经过多年的发展虽然已经具备了初步的市场竞争力，但产业化进程相当慢，为此，化纤行业协会已经将超过分子量聚乙烯纤维和碳纤维、芳纶、 PBO、光导纤维等高技术纤维生产技术列入国家鼓励引进技术目录，并列为化纤行业十一五”期间的发展重点。包括高强PE在内的特种纤维将面临非常好的发展环境和政策支持。3、国内外生产状况从1979年荷兰DSM公司申请第一份有关高强高模聚乙烯纤维的专利到现在不到30年，加之主要公司的专利垄断和技术限制，该纤维的发展才刚刚起步，目前世界上拥有独立自主产权并能够工业化生产UHMWPE纤维的国家及企业只有荷兰 DSM公司（商品名Dyneema）、美国Honeywel

5、l公司（商品名Spectra）、 日本的东洋纺（DSM的合资企业）和中国的宁波大成（商品名 强纶”）、中纺投资（商品名 孚泰”）及湖 南中泰。目前全世界产量仅 8000吨，中国的产量约1000余吨。今年将有 DSM、中纺投资等公司的扩产， 预计全球UHMWPE 产能将超过10000吨。（1）国外生产状况荷兰国有能源化学公司（Dutch State Mines, DSM ）是荷兰三大化工公司之一，其于1979年发表第一份关于高强高模聚乙烯纤维的专利，之后在荷兰Heerlen地区建成5套纺纱生产线和一套 UD （单取向高强高模聚乙烯纤维预浸材料，为弹道用片材）生产线，成为首家将该种纤维工业化生产企

6、业。2004年5月份，该公司在因反恐而需求旺盛的美国北卡罗来纳州Greenvill新建的一条Dyneema纱生产线、两条UD生产线投产，使其 Dyneema生产能力扩大 40%至U 4500吨/年、Dyneema UD材料的生产能力翻一番达到2000吨/年。今年1月份，dsm宣布第三次扩产计划，以数千万美元的投资扩大美国北卡的Dyneema生产能力并于年内投产。新计划完成后，将使纤维生产线总数达到 9条，在全球Dyneema纤维生产量将提高约18%, 达到4700吨/年，单向（UD）防弹板的生产量将提高25%,达到2500吨/年。美国Honeywell （霍尼威尔）是一家全球年销售额 260亿

7、美元、在技术和制造方面占世界领先地位的多元化跨国公司，是世界五百强企业之一。霍尼韦尔特殊材料集团就是其下属的年销售额40亿美元的战略业务集团，为全球客户提供高性能专业材料，公司于 20世纪80年代中期开发成功高强高模聚乙烯纤维，商 品名Specra,其市场售价稍高于杜邦公司Kevlar产品。2001年以后，该公司也不断的扩产，目前的 Specra产能在3000吨左右。（2）国内生产状况宁波大成新材料股份公司前身是宁波大成化纤集团公司，是首批 国家重点高新技术企业”，自1996年开始研究开发高强高模聚乙烯纤维项目，于2000年初实现了产业化生产，是全世界第四个能生产高强高模聚乙烯纤维并拥有自主知

8、识产权的生产企业。目前一期工程年产500吨高强高模聚乙烯纤维及制品生产，主要产品有软质防弹衣、轻质防弹头盔、"UD无纬防弹布、防弹板材、高性能滑雪杖等。该公司正着手二期扩产到年产1000吨规模项目的实施。湖南中泰特种装备有限责任公司自1999年开始高强PE纤维的开发研究，2000年形成了自主知识产权，以国产原料实施连续式宽幅 UD材料的生产，其优异的防弹性能，填补了我国在连续式宽幅UD材料制备技术与产品的空白，成为世界上继DSM公司和Honeywell公司之后第三家拥有其生产技术的企业。年生产能力为300吨，生产高强高模聚乙烯纤维无纬布、防弹衣、防弹头盔等系列产品。2006年上半年将

9、继续扩产500吨纤维和相应的 UD材料的生产能力，至 2010年将计划扩充至5000吨纤维，以此形成以纤维生产 为基础，UD材料为重点，发展多类板材和绳索的高新技术产业链。4、军工、航空航天领域的应用前景广阔UHMWPE是目前已经实现工业化生产的强度最高的纤维，其性能优越，轻薄如纸布、坚硬如钢铁军用方面，因为世界范围内军事对抗的加重及航天航空等高端科技的发展，对包括高强PE纤维在内的高性能纤维的需求增长迅速。目前UHMWPE纤维总量的45%用于生产单取向高强高模聚乙烯纤维预浸材料（简称UD材料），因为质轻、能抵御子弹的巨大冲击力，能减少对人体的伤害，主要作为防弹产品 （如软质防弹衣和硬质防弹头

10、盔、防刺衣，运钞车和装甲坦克的防弹板）的核心材料，仅装备装甲车、坦 克一辆就需产品400kg （装备一个师就需240吨），制作一件防弹衣需产品 2kgo911之后，美国强制飞机驾驶舱内壁必须做一层PE纤维，欧洲也在计划作类似的规定。目前是 DSM公司在美国的两条 UD生产线的产品全部用作美国国内和飞到美国的飞机座舱防弹门的材料。在航空航天领域，神舟飞船已经使用了中纺投资的UHMWPE ,用作降落伞绳、海洋回收系统中的缆绳等。民用方面，因为用高强 PE纤维制作的缆绳比水轻、能浮于水面之上，同时又耐海水和紫外线的照射，国内外的海事局已经陆续要求出海的船只必须配备一条重达200斤的高强PE缆绳以替代传统的钢索