附件1 超高分子量聚乙烯制品调研

20/20附件1超高分子量聚乙烯制品调研调研了UHMWPE制品的需求量及增长情况：隔膜约7万吨/年，年增长率约30%-50%；纤维约6万吨/年，年增长率约15%；滤材约0.5万吨/年，稳步增长；管材约2.5万吨/年，板材、异型材3万吨/年，保持稳定。调研了UHMWPE制品原料的控制指标：隔膜、纤维料分子量分布3-5，原材料批次间保持性能稳定；滤材粒径控制精确；挤出管材分子量≤350万；模压板材和异型材要求较低。针对目前市场状况，建议如下：前期，以常规纤维料为主攻方向。待有一定稳定客户群体后，推广高浓度纺丝料、低蠕变纤维料、高强纤维料；研发挤出机管材专用树脂，针对客户需求推广管材专用料；研发高耐磨超高分子量聚乙烯原料，并向客户进行推广；研发、推广隔膜料，并进行改性升级研发注塑级超高分子量聚乙烯等原料超高分子量聚乙烯（UHMWPE）树脂是指粘均分子量150万以上的聚乙烯，是一种性能优异的热塑性工程塑料。UHMWPE分子量高，分子链长，具有其它材料不可比拟的优异性能，主要体现在：(1)高强度韧性：在-269℃下仍具有一定延展性，没有脆裂迹象；(2)高冲击性能：冲击强度是尼龙66的10倍，聚四氟乙烯的8倍；(3)高耐腐蚀性：可耐多种化学介质的侵蚀，不需要防腐层；(4)高耐磨性：在强腐蚀和高磨损下使用寿命是钢管的4-6倍；(5)抗老化性：地上、地下掩埋50年不老化；(6)卫生无毒：无毒无害，不滋生细菌，本身对环境无污染；(7)价格低廉：是PVDF的十二分之一；因此，UHMWPE被广泛地应用在国防、航空航天、纺织、环保、电子、造纸、食品、化工、包装、农业、建筑、医疗、矿山、体育、娱乐等领域。UHMWPE的主要制品有隔膜、纤维、板材、管材、滤材、棒材和异型材等。1UHMWPE隔膜1.1定义锂电池隔膜是一种具有多孔网络结构的绝缘材料，平均孔径为0.03～0.10μm，其主要作用是使电池的正、负极分隔开，能让锂离子自由通过，阻碍电子传输。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性。隔膜是现有锂电池内层组件中技术壁垒最高的材料，直接决定了锂电池的使用性能和安全性。目前，商品化的锂离子电池隔膜中多以聚烯烃为原料，主要有聚乙烯（PE）单层隔膜、聚丙烯（PP）单层隔膜、PP/PE双层隔膜和PP/PE/PP三层复合隔膜等。这些隔膜大都只能满足普通、低端产品的使用需求，而无法在大功率、高温度的环境下工作，尤其是当实际使用温度较高时，隔膜受热发生收缩，有可能导致电池的正负极材料直接接触，从而发生短路甚至爆炸等危险。因此，提高隔膜的热稳定性，实现其在大功率、耐高温的动力电池上的应用，具有重要意义。近年来，随着新能源汽车的快速发展，动力电池的安全性受到人们的高度重视，对隔膜的性能提出了更高的要求。UHMWPE相对分子量巨大、分子链段极长，各分子链段之间极易发生相互缠结，形成大量的缠结网络结构，从而具有耐磨损、耐冲击、耐化学腐蚀、耐低温等优异性能，UHMWPE隔膜的综合性能优于普通聚烯烃隔膜。UHMWPE隔膜是锂电池隔膜中的高端产品，特别在高温下熔体呈凝胶状，熔而不塌，对过充或者温度突升时的短路、爆炸具有优良的安全保护作用，更适用于高效、大功率的动力电池。UHMWPE隔膜是动力电池隔膜材料之首选。隔膜图片如下图所示。图1UHMWPE隔膜1.2生产工艺根据微孔结构的形成机理不同，锂电池隔膜的制备工艺主要分为干法和湿法两种。（1）干法工艺干法即熔融挤出拉伸法，它的原理是共混物在高温条件下熔融，在挤出应力场下挤出结晶，随后进行热处理使片晶增厚、晶体完善，在冷拉伸条件下使片晶簇分离形成微孔核，之后经热拉伸导致微孔生长、片晶纤维晶转化，再经过热定型固定微孔结构。预制膜的制备受树脂的分子量及分布以及挤出流延工艺参数（口模温度、冷却温度、拉伸比、挤出速率等）影响；微孔膜加工受拉伸温度、拉伸速率、热定型温度、热定型时间等多因素的影响。PP隔膜或PP/PE双层、三层共挤隔膜多用干法工艺生产。（2）湿法工艺湿法即热致相分离法，是由温度变化而驱动相分离的方法。利用聚合物与稀释剂在高温条件下熔融、溶胀与溶解形成均一溶液，经降温发生相分离，而后用萃取剂除去稀释剂得到微孔膜。UHMWPE隔膜用湿法工艺生产，先将UHMWPE与低分子质量的稀释剂混合，升温熔融形成均相溶液，挤出流延降温后发生相分离，经同步或异步双向拉伸发生晶体成核与生长、破坏与重构，以及片晶、无定形、纤维晶、微孔等多尺度结构的非线性快速演变，随后用萃取剂萃取除去稀释剂，再经过热处理消除内应力，形成连贯的微孔结构。因此，微孔隔膜的制备是多段、多加工步骤和多加工参数复杂耦合的结果，受树脂的分子量高低、分子量分布情况、溶液浓度大小，以及挤出成型工艺、流延工艺参数、双向拉伸工艺和热定型工艺等因素的影响。与干法拉伸制膜工艺相比，湿法工艺制成的锂电池隔膜可以做到很薄，利用热致相分离而产生的微孔，在孔隙率和孔径大小方面更易控制，产品的力学性能和均一性更好。并且湿法隔膜的生产线是更自动化、连续生产的生产线，有更高的生产效率。在动力锂电池领域，湿法隔膜在性能和安全程度方面有着超越干法的显著优势，更能够适应当前新能源车动力电池逐渐向高能量密度化发展的趋势，湿法隔膜未来将占据主导地位。隔膜生产线见下图。图2UHMWPE隔膜生产线1.3隔膜用UHMWPE树脂2020年，国内锂电池湿法隔膜UHMWPE专用料的需求超过7万吨/年，而生产隔膜用原料基本依靠进口。近两年，受疫情和隔膜价格的影响，各锂电池隔膜生产公司都有从进口向国产转变的原料需求。2018年4月，扬子石化实现了UHMWPE隔膜专用料YEV-5201T的工业化试生产，试生产150吨。目前，扬子石化研究院已与国内某隔膜厂家洽谈并达成了合作开发意向，相关科研评价工作正在顺利展开。2021年6月，燕山石化新产品锂电池隔膜用超高分子量聚乙烯专用料在下游成功应用，实现了超薄锂电池隔膜批量稳定生产。燕山石化锂电池隔膜用料成功批量生产，产品质量高，得到客户的认可。部分下游客户在使用燕山石化锂电池隔膜专用料后，隔膜生产过程顺利，各项性能优异，计划全线使用燕山石化生产的原料，并达成长期采购意向。隔膜原料的导入周期比较长，合格的隔膜需要经过锂电池厂家的试用，一次评价要3~6个月时间，至少要通过3次评价，才能得到正式认可。同时，隔膜要求的不断提高对原料的杂质含量、批次质量一致性乃至颗粒形态的要求极高，原料研发的周期长，开发的难度大，门槛高。

因此，进一步提高UHMWPE隔膜的各项质量指标，仍需隔膜原料开发、隔膜生产和电池生产等上下游通力合作，这也是我国电池业目前急需解决的问题。1.4产能情况预计到2025年，电动汽车需求的复合增长率将超过25%。在新能源汽车的发展浪潮下，资本大量涌入，国内许多隔膜公司获得资本助力，开始持续扩大生产规模、新建产能。近年来，在新能源汽车、3C产品等市场需求的推动下，我国锂电池隔膜市场快速增长，增长率约35%。2019年锂电池隔膜主要企业产能情况见下表。表12019年中国锂电池隔膜主要企业及产能序号企业名称产能1上海恩捷新材料科技股份有限公司截至到2019年底，隔膜年产能23亿平方米，2020年规划年产能将超过30亿平方米2中材科技股份有限公司2019年收购湖南中锂后，隔膜产能达到9.8亿平米，预计2021年产能超15亿平米3深圳市星源材质科技股份有限公司现有隔膜基膜总产能约5.4亿平米；2020年规划总产能将超11亿平米4武汉惠强新能源材料科技有限公司目前，总产能为3.8亿平米5河北金力新能源科技股份有限公司目前，湿法隔膜产能3.8亿平米；2020年底将实现产能5亿平米6新乡市中科科技有限公司现有基膜产能共计2.4亿平米，另有陶瓷涂敷产能9000万平米7深圳中兴新材技术股份有限公司现有产能约5亿平米8沧州明珠塑料股份有限公司干法1亿平米，湿法1.9亿平米9辽源鸿图锂电池隔膜科技股份有限公司现有湿法隔膜产能合计2亿平米10青岛蓝科图膜材料有限公司隔膜产能合计2亿平米1.5发展方向膜技术的发明只有50多年的历史，工业化应用至今也就20多年，但它被认为是21世纪最有发展前途的高科技之一。目前，膜技术在全球范围内受到了前所未有的重视，“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化学工业的未来”己成为大家的共识。从行业整体来看，锂电池隔膜未来发展方向主要集中以下几个方面：一是提高隔膜耐热性。技术的进步，社会的发展，安全问题必然会越来越受到社会的重视，所以解决隔膜的耐热性能至关重要。二是研制超薄隔膜。随着市场的发展，更轻薄、更小巧的电子产品将不断进入日常生活，这类产品需要更薄的锂离子电池隔膜来制作电池，同时，锂电池对容量的追求也需要薄膜往轻薄化方向发展，但超薄隔膜的生产制备对设备、工艺的要求很高。三是提高隔膜的吸液性能。目前锂离子电池的容量问题已经越来越突出，不管是智能手机还是动力汽车，其待机时间或续航里程与消费者的需求之间的矛盾日益突出。如果企业在超薄电池隔膜方面难以有更好的突破，可以想办法改善隔膜的吸液性能，因为改善吸液性能同样能够提高电池的容量。2UHMWPE纤维2.1定义超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维是由相对分子量在300~600万的聚乙烯所纺出的纤维，是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维。UHMWPE纤维图片见下图。图3UHMWPE纤维UHMWPE纤维是目前工业化生产的比强度和比模量最高的纤维之一，具有突出的抗冲击、抗切割性和高耐磨性，优良的耐化学腐蚀性、耐低温性和自润滑性，以及强度高、韧性好、纤维密度低、抗紫外辐射、导热性能佳等特性，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、体育器材、医疗卫生等领域。HMWPE纤维的重点应用领域见下表。表2UHMWPE纤维的重点应用领域应用领域绳索纺织织物复合材料国防军工海上布雷网、降落伞绳软质防弹衣、防弹头盔、防弹背心、防刺衣、降落伞、伪装网盾牌、运钞车和装甲坦克防弹板、直升飞机装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹橡胶增强材料、防弹头盔航空航天“神州”飞船海上救捞网浮标飞机和航天飞机着陆减速降落伞飞机驾驶舱内壁、飞机座舱防弹门、飞机翼尖结构、飞船结构件海洋产业负力绳索、重载绳索、救捞绳、拖拽绳、帆船索、超级油轮、海洋操作平台，灯塔等的固定锚绳、远洋捕鱼拖网帆船、渔具、海上档油堤、深海抗风浪养殖网箱船体及构件体育器材登山绳、钓鱼线、球拍网线、风筝线、射箭弓弦安全帽、运动衣、击剑服滑雪板、滑雪橇、钓竿、球拍、赛车、滑翔板、赛艇、帆船、网球拍、帆轮板医疗卫生手术缝线、整形缝合材料、人造肌医用手套人造韧带、牙托材料、医用植入物、X射线抗屏蔽工作台建筑行业建材吊绳防护网、吊货网墙体、隔板结构、增强水泥复合材料、石棉水泥制品、建筑工程加固复合材料、安全帽其他行业光缆加强芯、柔性集装箱起吊绳索、车辆牵引绳高性能织物、无纺织物、森林防护服、放切割布、手套、传送带、过滤材料轻质耐压容器、汽车缓冲板、抗冲击容器、电缆线2019年11月，《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019版）》提出，符合要求的UHMWPE纤维为高性能纤维及复合材料，属于战略材料。2.2发展历程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UHMWPE纤维，并于1990年实现了工业化生产。随后，日本Toyobo公司通过与其合资建设了生产线。美国Honeywell公司在购买DSM专利的基础上，开发了以白油为溶剂的湿法纺丝技术，并实现了工业化生产。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，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。2.3生产工艺根据采用溶剂的不同，目前UHMWPE纤维有两种生产工艺路线，一种是以荷兰DSM公司的高挥发性溶剂(十氢萘)的干法冻胶纺丝工艺路线，简称干法路线；另一种是以美国Honeywell公司的低挥发性溶剂(白油、矿物油等)的湿法冻胶纺丝工艺路线，简称湿法路线。干法路线十氢萘溶解效果好、纺丝速度快、工艺流程短，产品性能均匀性好，但干法路线溶剂成本高，要求生产设备密闭性好、控制要求高。湿法路线溶剂成本低、对生产设备要求低、萃取回收技术成熟，但湿法路线工艺流程长、纺丝速度低、产品性能均匀性稍低。除了常规的两种生产工艺路线之外，日本东洋纺公司已于2008年成功研发高强防切割熔融纺聚乙烯纤维TsunoogaTM并实现工业化生产。日本帝人公司研制的超高分子量聚乙烯扁带（tape）于2012年产业化成功，产能为1000吨，强度达25cN/dtex，模量1700cN/dtex以上。该产品抗拉模量提高近50%，尺寸稳定性更好；制备过程中不使用溶剂，更节能环保，成本也更低，适于做工业用缆绳，尤其适合于离岸泊留和拖拽缆绳。国内UHMWPE纤维厂家主要采用湿法路线，中国石化仪征化纤公司采用中国纺织科学研究院的干法纺丝技术。UHMWPE纤维生产线如下图所示。图4UHMWPE纤维生产线2.4产能情况目前，世界UHMWPE纤维产能约为6万吨/年，产能分布高度集中，主要生产企业有荷兰DSM公司、美国Honeywell公司、日本东洋纺等，国外UHMWPE纤维生产企业及产能情况见下表。表3国外UHMWPE纤维生产企业及产能公司路线产能及生产线荷兰DSM干法产能14200吨/年；荷兰海伦5条，美国北卡州格林威尔5条美国Honeywell湿法产能3000吨/年；美国新泽西州莫里斯1条590吨/年生产线，其余产能在弗吉尼亚日本东洋纺干法产能3200吨/年；日本滋贺县大津市1条500吨/年生产线，福井县敦贺市4条熔融法产能约1500t/a；3条TsunoogaTM纤维生产线合计产能，吨/年21900近年来，我国UHMWPE纤维发展十分迅速，2019年，我国UHMWPE纤维产能约为3.58万吨，约占全球一半。但是，国内企业产品主要聚焦于中低端市场，局部过剩，高端产品领域仍然依赖进口。2019年我国主要UHMWPE纤维生产企业及产能见下表。表42019年我国主要UHMWPE纤维生产企业及产能公司路线产能，吨/年备注江苏九九久科技湿法10000山东爱地高分子湿法5000荷兰DSM控股北京同益中湿法3500计划扩产到7560吨/年仪征化纤干法3300湖南中泰湿法3000浙江千禧龙湿法2500计划扩产到4000吨/年江苏锵尼玛湿法2500计划扩产到3500吨/年宁波大成湿法2000上海斯瑞湿法1000其他湿法3000合计产能，吨/年35800扩产后产能42360吨/年国际UHMWPE纤维及复合材料市场正迎来空前的发展期，我国已经在部分关键技术、装备、产业化生产以及下游应用领域取得了较大进展。未来，我们要继续通过UHMWPE纤维及复合材料等关键材料和技术的自主研发、产业上的联动突破，逐步实现从根本上摆脱UHMWPE纤维高端产品受到的限制，实现进口替代，形成产业优势。2.5发展方向据统计行业预测，2020年至2025年，中国UHMWPE纤维需求量复合增长率为15.05%。预计2025年，我国UHMWPE总需求量将达10.37万吨。2015~2025年，UHMWPE纤维需求量走势及UHMWPE纤维在各领域需求占比见下图。图5UHMWPE纤维需求量走势图6UHMWPE纤维各领域需求占比针对国外已有的研究成果，进行专门的攻关研发，以求突破国外技术壁垒，开发出高端、高附加值的产品。现阶段主要有如下几个方面：（1）研发高强度、高质量稳定性的产品我国UHMWPE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。（2）研发抗蠕变产品荷兰DSM公司已研发出极低蠕变纤维（DyneemaDM20），在70℃和300MPa（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%，国内还需要加快抗蠕变纤维的研制。（3）研发高等级耐切割产品国内已经批量生产，但稳定性需进一步提升。（4）研发系列化有色丝国内已研发生产有色纤维，但品种不够丰富，需要完善标准色卡，有色丝系列化。（5）研发改性产品通过复合技术、加工技术，研发细旦、异型纤维产品，满足材料增强、功能改性需求。（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。3UHMWPE管材3.1定义UHMWPE管材是由分子量大于150万的超高分子量聚乙烯树脂生产的一种塑料管材，具有高耐磨、抗冲击性、自润滑、耐老化、耐腐蚀以及安装方便等优异性能。见下图。图7UHMWPE管材应用领域主要有矿山、冶金行业、石油输送行业、电力化工、钢铁行业、海洋疏浚等行业。表5UHMWPE管材主要应用领域1矿山、冶金行业尾矿输送管线；矿粉、矿浆输送管线2煤炭行业给排水管线；重介质选煤；通风管线；洗煤管线3石油化工行业抽油衬管；地面管线；腐蚀性介质输送4电力行业粉煤灰输送管线；循环水管线；化学水管线5钢铁行业原料输送管线；浆体输送管线6海洋工程海水输送管线；港口、码头疏浚管线3.2生产工艺由于UHMWPE分子量高、分子链高度缠结，熔体黏度高达108Pa·s以上，无法应用常规的塑料加工方法。UHMWPE管材的挤出加工主要包括柱塞挤出、单螺杆挤出和双螺杆挤出等挤出成型方法。柱塞挤出为一种非连续的成型方式，类似于高效压制烧结成型方法。UHMWPE管材柱塞挤出具有不受分子量大小约束、物料受剪切作用小、氧化降解程度小的优势，然而制品性能不均一。单螺杆挤出是一种连续挤出成型方式，物料强制输送，是典型的“塞流”输送。单螺杆挤出机螺杆尾部的止推轴承能承受高的背压，料筒内壁开轴向槽，可防止料塞形成。单螺杆挤出是目前UHMWPE管材生产最常用的一种方式。双螺杆挤出分为同向、异向两类，双螺杆的正向输送作用能克服UHMWPE粉料在螺杆中的打滑现象，大大提升输送能力。同向旋转的双螺杆挤出有利于UHMWPE管材的加工。国外对UHMWPE双螺杆挤出机进行了大量的改进，并配以先进的电控设备，于80年代后期实现了连续挤出。国内开发了锥形同向双螺杆挤出技术制备UHMWPE管材，具有挤出力大、塑化性能好、效率高、比功率小等特点，目前处于应用推广阶段。近年，有研究采用体积拉伸形变为主导的偏心转子挤出机加工UHMWPE材料，为今后开发新型的高效挤出技术提供了思路。3.3产能及发展方向受国家环保政策的影响，2020年，国内UHMWPE管材产量约2.5万吨。主要厂家及产量见下表。表62020国内UHMWPE管材主要厂家及产量序号生产厂家产能，吨/年产量，t/年1山东东方管业有限公司2000040002山东金达管业有限公司800020003山东阳谷巨龙新型材料有限公司650025004山东迪浩耐磨管道有限公司600020005山东科力新材料有限公司500015006山西天罡新材料有限公司40001000合计49500130002020年我国粗钢产量和生铁产量分别同比增长7.0%和9.8%。有色金属年产量同比增长5.5%，矿山采选行业发展势头强劲，矿用UHMWPE管材前景看好。4UHMWPE滤材4.1定义UHMWPE微孔滤材是指以UHMWPE树脂为有机基体，成型过程中产生大量厚度方向的微观连通孔洞，从而可以满足各种处理过程需要的材料。见下图。图8UHMWPE微孔滤材4.2生产工艺成型方法的不同往往对微孔材料的孔径、分布和孔隙率等重要参数影响很大，还对其微观结构产生直接的作用，因而采用一定的成型方法来获得特定要求的微孔滤材一直是科学界研究的重点内容。在长期的科学实验和工业生产中，已经形成了多种成型方法：烧结法、热致相分离法、无机物颗粒填充法等。烧结成型工艺简单，成本低，容易控制，不受产品形状制约，孔径范围较宽，拓展了UHMWPE微孔滤材的使用领域，是目前常用的加工方法。烧结法中几个重要的工艺参数如：UHMWPE分子量、UHMWPE颗粒粒径、装料堆积密度、烧结温度、烧结时间、烧结压力、成孔剂的使用等，对产品的最终性能影响较大。4.3应用领域UHMWPE的优异性能有目共睹，用它制造微孔材料更是有着广阔的市场前景。UHMWPE滤材的主要应用领域见下表。表7UHMWPE滤材的主要应用领域序号应用领域详情1重金属工业废水电镀、电子、矿山、机械、冶金、化工等行业中排出的废水2油田地下注水UHMWPE微孔滤管过滤精度高、质量稳定，使用寿命长，可反吹再生3化工行业及各类水处理工艺过滤、隔膜盐水精制4食品行业超滤装置的预处理系统5其他应用科研、冷冻等行业的吸、滤等材料目前，国内UHMWPE滤材约5000吨，随着应用领域的拓展，需求量将稳步增长。5UHMWPE板材、异型材5.1定义UHMWPE板材是由分子量大于150万的超高分子量聚乙烯树脂生产的一种塑料板材，广泛应用于各类护舷板、车厢滑板、煤仓衬板、旱冰滑板、铁路公路桥梁支座垫片等领域。UHMWPE异型