《橡塑资源利用》2Ol1.N0.4国内外超高强度聚乙烯纤维研发和生产现状超高强度,超高分子量聚乙烯纤维(UHMW—PEF)是继碳纤维,芳纶纤维之后的第三代高强高模高科技特种纤维.超高强度聚乙烯纤维在水中的自由断裂长度为无限长,在粗细相同的情况下,它所能承受的最大质量是钢丝绳的8倍,是继碳纤维,芳纶纤维之后的第三代超高强度纤维,在军事工业和航天航空领域均有不可替代的作用.它最重要的功能是防弹,防刺,用其做成的防弹衣质量比传统的防弹衣要轻得多,而且强度高.这种聚乙烯纤维的强度比钢高15倍;若按质量计其强度比芳纶高40%,可称之为当今世界上强度最高的聚乙烯纤维.高强聚乙烯纤维具有高取向的伸直链结构,与碳纤维和芳纶纤维相比,其强度更高,比重更轻,化学稳定性更好,同时还具有较好的耐候,抗紫外线,耐低温,耐磨,耐弯曲,耐张力疲劳和抗冲击等优异性能.目前,高强聚乙烯纤维及其复合材料产品的主要应用领域包括:国防军需,如坦克,装甲车及各类战车,舰艇,轻质防弹装甲板材;安全防护,如轻质防弹衣,轻质防弹头盔,防刺衣,防切割服装面料,防切割手套等;海洋工程,如舰艇,船舶,海港远洋捕鱼,深海天然气,石油钻探平台拉索的高强绳缆和鱼网等.此外,由高强聚乙烯纤维制得的高性能复合材料还在航空,航天以及体育器材等领域得以应用,有着广阔的发展前景.国外研发和生产现状超高分子量聚乙烯(UHMwPE)用于制取超高强度聚乙烯纤维(UHMW-PEF),Dyneema超强纤维原由帝斯曼公司开发,超高强度聚乙烯纤维材料市场以泰科纳公司GUR产品和帝斯曼公司Dyneema品牌产品着称.荷兰帝斯曼公司是世界上Dyneema品牌高性能聚乙烯(HPPE)纤维最大的生产商.帝斯曼公司已开发出人体防护用性能更强的Dyneema乙烯纤维,这种超强,轻量化的Dyneema~聚乙烯纤维品牌为Dyneema~HB51,是推向美国市场最新和最强的UniDirectional(UD)(单向防弹)纤维产品,应用于人体被射击的防护,具有理想的提高防射击性能和轻量化舒适性能的综合.Dyneema~HB51专为美国市场而设计,得到美国国防部的认可.这种新纤维的抗射击性能比DyneemaHB2高出20%.帝斯曼公司Dyneema品牌高性能聚乙烯(HPPE)纤维具有高度耐磨性,耐湿性和耐UV光照性,以及耐化学品性能,主要用于飞机座舱的防弹门,防弹服和军用的防护服,还可用于航运,渔业和海上工业用的绳索,电缆和鱼网.自上世纪90年代以来,帝斯曼公司的高强聚乙烯纤维产能一直保持快速增长,2008于欧洲和美国的工厂产能达到4500吨/年,日本合资工厂产能达到1600吨/年(与日本东洋纺公司合资).2010年帝斯曼欧洲和美国工厂的高强聚乙烯纤维产能达到6000吨/年,日本合资工厂产能达到3200吨/年.此外,该公司还拥有专门的应用研究及市场开发团队,其对高强聚乙烯纤维应用领域的拓展起着引领作用.在历次扩能中,帝斯曼公司在美国北卡罗来纳州Greenville的高强聚乙烯纤维Dyneema生产20l1.N0.4国内外超高强度聚乙烯纤维研发和生产现状35线月投产,这是继该公司建设另外两条Dyneema纤维生产线和一条DyneemaUD(单向防弹板)生产线后的第三次扩能.这使该公司此纤维生产线条生产线位于Greenville.帝斯曼公司在全球的Dyneema纤维生产量已提高约18%,达到4700吨/年;应用于单向(UD)防弹板的此类纤维生产量提高25%,达到2500吨/年.据介绍,北卡罗来纳州Greenville装置向全球用户供应这种纤维,但首先满足美国军事工业.美国为了反对,保护人身安全,因而对这种纤维的需求不断增长.帝斯曼公司于2006月再次投资,新增Dyneema品牌高功能聚乙烯(HPPE)纤维能力.新装置建在美国Greenville的帝斯曼公司工厂内.这项投资为几千万美元,这使该公司的Dyneema纤维生产线条.这项Dyneema纤维扩能是为了适应其在所有应用领域需求的强劲增长.新装置于2006年底投入建设,于2008年初投产.帝斯曼将继续进一步扩增其全球的Dyneema能力,以保持其在全球市场的领先地位.帝斯曼公司还投资荷兰赫伦(Geleen)建设新的生产装置,用于生产Dyneema原材料超高分子量PE,该装置于2008年投产.帝斯曼公司于2008月中旬宣布,又投资4.5亿美元扩增其Dyneema聚乙烯纤维产能.这项投资的大多数投向美国,扩能的第一条生产线年投用.据称,在前几年内,帝斯曼公司Dyneema聚乙烯纤维销售额的年增长率为15%.因美国需求持续增长,公司预计Dyneema聚乙烯纤维的营业收入将会大增.帝斯曼公司于2010月26日宣布,其Dyneema品牌高性聚乙烯纤维被许可制做用于水下爆破作业的防护服.该许可已颁发给防护设备专家瑞典TST公司.这种多层防护服采用数层弹性织物制成,在尼龙织物外层之间采用了Dyneema聚乙烯纤维内层.这种防护服能承受高压水枪的作业环境.霍尼韦尔公司继帝斯曼实现了高强聚乙烯纤维的产业化生产.虽然该公司的高强聚乙烯纤维断裂强度比不上帝斯曼公司的同类产品,但其在模量上却超过了后者.在下游应用方面,霍尼韦尔公司在防弹领域的研究居于领先地位,目前广泛用于防弹衣和防弹头盔方面的高强聚乙烯纤维无纬布,就是由霍尼韦尔率先研制成功的.截至2009年,霍尼韦尔公司高强聚乙烯纤维产能为1000吨/年,预计2010年其产能达到3000月下旬宣布投资50亿日元(4690万美元),扩大商品名为Dyneema的高强度聚乙烯纤维产能,以满足市场需求的增长.公司计划在位于日本福井的工厂内新建两条生产线生产Dyneema纤维,当前该工厂已拥有1600吨/年的Dyneema纤维生产能力.据称,新建生产线月将Dyneema纤维产能扩大至1600吨/年后,由于市场需求仍持续强劲增长,这种产品已出现供不应求的局面.另外,美国塞拉尼斯公司的工程聚合物分部泰科纳公司(Ticona)于2004年使德国Oberhausen装置超高分子量聚乙烯(UHMw—PE)摆脱瓶颈扩万吨/年,达到4万吨/年.美国得克萨斯州Bishop装置建于2002年,能力为3万吨/年.泰科纳公司于2007月中旬扩增其在中国东部地区新工厂的UHMW-PE能力.该装置于2008下半年投产,这使泰科纳公司的GUR品牌UHMW-PE能力提高到9万吨/年.塞拉尼斯公司在南京建设完全一体化的乙酰基联合企业,将泰科纳公司的UHMW-PE装置纳入其一体化联合企业,拓展该公司在亚洲的重要地位.2004年,巴西Braskem公司扩增位于巴西Bahia州Camacari的UHMW-PE 装置能力,从3 万吨/年扩增至4.5 万吨/年,新增能力于2005 初投用.Braskem公司于2002年购买巴赛尔公司 《橡塑资源利用》 UHMW-PE 技术,由其子公司Polialden 公司切换 式HDPE 装置上生产这种聚合物. 沙伯欧洲公司自2009 月起增加UHMW.PE 业务.这一业务活动表明该公司部门 研究走向高附加价值产品和转向新增长点的潜 力.独特的抗冲强度和抗磨性能使UHMW—PE 许多应用中成为理想的产品.二.我国研发和生产现状 1.研发与生产现状 塞拉尼斯旗下的泰科纳工程塑料公司于2008 月24日宣布,其位于塞拉尼斯南京一体化化 工基地的2 万吨/年GUR 品牌超高分子量聚乙烯 (UHMW-PE)装置投产.泰科纳表示,新的GUR 超高分子量聚乙烯装置是泰科纳亚洲战略的重要 组成部分,由此可以直接为本地客户快速增长的 需求提供服务.泰科纳是全球超高分子量聚乙烯 产品的领先制造商,在德国的奥伯豪森,美国得 克萨斯州的毕肖普,以及中国南京都设立了生产 基地.新的装置将提升泰科纳的整体制造能力, 使其为公司所有的客户提供统一品牌体验.随着 中国装置的投产,泰科纳公司3 个工厂的总产能 已达到9 万吨/年.GUR 品牌UHMW-PE 纳生产的一种超高分子量聚合物,具有多种优异性能,如高耐磨性,高抗冲性,表面抗黏性,白 润滑性以及低温条件下卓越的机械性能. 如今,中国也成了超高分子量聚乙烯纤维第 三个生产国,由东华大学化学纤维研究所研制成 功的科研成果,使我国将这种超高强度纤维应用 于神舟飞船的回收系统,取得良好的效果. 东华大学超高强度聚乙烯纤维产业化课题组 与世界同步进行着冻胶纺丝技术的研究.该课题 组逐步攻克冻胶纺丝技术,萃取技术及萃取装备, 纳米颗粒使用技术等一系列技术难题.东华大学 开发的高强高模聚乙烯纤维产品广泛应用于防 弹,绳索,头盔等国防军工领域.东华大学成功 解决了产业化进程中遇到的设备工艺问题,同时 开发了高浓度原液纺丝技术,建成了单线 吨的生产线,使中国成为继美国,荷兰之后,世 界上第三个能应用自主知识产权生产高强高模聚 乙烯纤维的国家. 2008 年12 月20 日,随着第八条UHMW-PEF 生产线的投产,山东爱地高分子材料公司采用自 主技术建设的UHMW-PEF 一期工程完工,标志 着我国首次采用自主技术实现了UHMW-PEF 工业化生产.该公司先后与清华大学,华东理工大学,齐鲁石化研究院等科研机构建立产学研合 作平台.陆续建成了7 条超高分子量聚乙烯纤维 生产线 新生产线通过集成创新,在工艺上又有许多改进,可实现从投料到成品的无间断连续化,自动化运 行,同时更新了萃取剂,突破了高速高倍热牵伸 等量产技术瓶颈.经国家纤维质量监督检验中心 检测,爱地公司的超高分子量聚乙烯纤维达到国 际先进水平,现已销售到北京,广州等地区,并 出口希腊,比利时,葡萄牙等多个国家. 经过多年集成创新技术攻关,2009 山东爱地高分子材料有限公司UHMW-PEF实现 了工业化生产.到2010 年全部达产后,年产量达 5000 吨,爱地公司UHMW-PEF 生产规模可望居 亚洲第一. 被列为中国石化十条龙攻关项目,由仪化 公司,南化公司,中国纺织科学研究院联合开发 的300 吨/年高性能聚乙烯纤维干法纺丝工业化成 套技术于2009 年11 月通过中石化的技术鉴定. 仪化股份公司会同中国纺织科学研究院,南化集 团研究院共同进行300 吨/年高性能聚乙烯纤维干 法纺丝工业化成套技术开发工作.2008 年l2 28日,该项目打通全流程,投料成功,现装置运 行稳定,成本不断降低,逐步建立了稳定的客户 群.2009 月通过72小时性能考核验收.项目 鉴定委员会认为,该项目采用自主技术建成的生 2011.No.4 国内外超高强度聚乙烯纤维研发和生产现状37; 产装置二I=艺流程先进,设备结构和选型合理,控 制方法可靠,符合安全,卫生,环保要求,主要 技术经济指标先进.一 另外,宁波大成新材料股份有限公司也成为 高强聚乙烯纤维产业化生产企业.截至-2009 年底, 宁波大成已形成年产高强聚乙烯纤维]500 防弹头盔20万套,各类防弹装甲板材300 吨,防切割手套600 万双,高强度绳索300 高性能复合材料用基布200吨的生产规模一其产