中國(guó)是化纖大國(guó),但不是化纖強(qiáng)國(guó),據(jù)專家介紹和有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),中國(guó)的高性能特種纖維的產(chǎn)量?jī)H為世界產(chǎn)量的百分之一。當(dāng)今世界三大高性能纖維是:碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維、芳綸,目前中國(guó)由于技術(shù)問題芳綸僅有小量生產(chǎn);碳纖維尚處在試驗(yàn)和初級(jí)生產(chǎn)階段,產(chǎn)品只能應(yīng)用在耐磨填料等領(lǐng)域;超高分子量聚乙烯纖維已突破關(guān)鍵性生產(chǎn)技術(shù),具備規(guī)?;a(chǎn)條件。據(jù)報(bào)道,美國(guó)超高分子量聚乙烯纖維70%用于防彈衣、防彈頭盔、軍用設(shè)施和設(shè)備的防彈裝甲、航空航天等軍事領(lǐng)域,而我國(guó)在軍事方面的應(yīng)用基本上為零,而高性能纖維的發(fā)展是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn),是建設(shè)現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)的重要物資基礎(chǔ),為此,從國(guó)家利益出發(fā)大力支持與加速發(fā)展我國(guó)的超高分子量聚乙烯纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用尤顯迫切。
超高分子量聚乙烯纖維的特殊性能
超高分子量聚乙烯纖維(英文全稱:Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber,簡(jiǎn)稱UHMWPE),又稱高強(qiáng)高模聚乙烯纖維,是目前世界上比強(qiáng)度和比模量Z高的纖維,其特殊性能為:
1、高比強(qiáng)度,高比模量。比強(qiáng)度是同等截面鋼絲的十多倍,比模量?jī)H次于特級(jí)碳纖維。
2、纖維密度低,密度是0.97g/cm3,可浮于水面。
3、斷裂伸長(zhǎng)低、斷裂功大,具有很強(qiáng)的吸收能量的能力,因而具有突出的抗沖擊性和抗切割性。
4、抗紫外線輻射,防中子和γ射線,比能量吸收高、介電常數(shù)低、電磁波透射率高。
5、耐化學(xué)腐蝕、耐磨性、有較長(zhǎng)的撓曲壽命。
超高分子量聚乙烯纖維的應(yīng)用前景
由于超高分子量聚乙烯纖維具有眾多的優(yōu)異特性,它在高性能纖維市場(chǎng)上,包括從海上油田的系泊繩到高性能輕質(zhì)復(fù)合材料方面均顯示出極大的優(yōu)勢(shì),在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)和航空、航天、海域防御裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。
1、國(guó)防軍需裝備方面:由于該纖維的耐沖擊性能好,比能量吸收大,在軍事上可以制成防護(hù)衣料、頭盔、防彈材料,如直升飛機(jī)、坦克和艦船的裝甲防護(hù)板、雷達(dá)的防護(hù)外殼罩、導(dǎo)彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌等,其中以防彈衣的應(yīng)用Z為引人注目。它具有輕柔的優(yōu)點(diǎn),防彈效果優(yōu)于芳綸,現(xiàn)已成為占領(lǐng)美國(guó)防彈背心市場(chǎng)的主要纖維。另外,超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料的比彈擊載荷值U/p是鋼的10倍,是玻璃纖維和芳綸的2倍多。國(guó)外用該纖維增強(qiáng)的樹脂復(fù)合材料制成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強(qiáng)的復(fù)合材料頭盔的替代品。
2、航空航天方面的應(yīng)用:在航天工程中,由于該纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)和抗沖擊性能好,適用于各種飛機(jī)的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)飛機(jī)等。該纖維也可以用作航天飛機(jī)著陸的減速降落傘和飛機(jī)上懸吊重物的繩索,取代了傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩索,其發(fā)展速度異常迅速。
3、民用方面:
(1)繩索、纜繩方面的應(yīng)用:用該纖維制成的繩索、纜繩、船帆和漁具適用于海洋工程,是該纖維的Z初用途。普遍用于負(fù)力繩索、重載繩索、救撈繩、拖拽繩、帆船索和釣魚線等。該纖維制成的繩索,在自重下的斷裂長(zhǎng)度是鋼繩的8倍,是芳綸的2倍。該繩索用于超級(jí)油輪、海洋操作平臺(tái)、燈塔等的固定錨繩,解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低
和斷裂,需經(jīng)常進(jìn)行更換的問題。
(2)體育器材用品:在體育用品上已經(jīng)制成安全帽、滑雪板、帆輪板、釣竿、球拍及自行車、滑翔板、超輕量飛機(jī)零部件等,其性能較傳統(tǒng)材料為好。
(3)用作生物材料:該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用于牙托材料、醫(yī)用移植物和整形縫合等方面,它的生物相容性和耐久性都較好,并具有高的穩(wěn)定性,不會(huì)引起過敏,已作臨床應(yīng)用。還用于醫(yī)用手套和其他醫(yī)療措施等方面。
(4)工業(yè)上,該纖維及其復(fù)合材料可用作耐壓容器、傳送帶、過濾材料、汽車緩沖板等;建筑方面可以用作墻體、隔板結(jié)構(gòu)等,用它作增強(qiáng)水泥復(fù)合材料可以改善水泥的韌度,提高其抗沖擊性能。
超高分子量聚乙烯纖維的市場(chǎng)前景
超高分子量聚乙烯纖維目前屬世界范圍內(nèi)的稀缺物資,世界年需求量約5萬噸,其中歐美占70%。但目前全世界產(chǎn)量15000噸左右,缺口很大。據(jù)專家預(yù)測(cè),未來10年內(nèi)每年超高分子量聚乙烯纖維的市場(chǎng)年需求量將在10萬噸以上,市場(chǎng)潛力巨大,前景廣闊。
世界超高分子量聚乙烯纖維研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化情況
目前,超高分子量聚乙烯纖維國(guó)際上只有荷蘭帝斯曼公司(DSM)、美國(guó)霍尼韋爾公司、日本三井公司共3家公司能工業(yè)化生產(chǎn),且年總產(chǎn)量不到9000噸?! ?br style="color: rgb(62, 58, 57);font-family: 微軟雅黑;font-size: 12px;white-space: normal"/>上世紀(jì)70年代末期,荷蘭帝斯曼公司采用疑凝膠紡絲方法(Gel spinning)紡制超高分子量聚乙烯纖維獲得成功。該公司是該纖維的創(chuàng)始公司,也是該纖維世界上產(chǎn)量Z高、質(zhì)量Z佳的制造商,年產(chǎn)量約7000噸。80年代美國(guó)Allied-Singal公司與荷蘭帝斯曼公司合作,在美國(guó)成立霍尼韋爾公司,生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維中低端產(chǎn)品,且僅限北美市場(chǎng)銷售,年產(chǎn)量約3000噸。日本東洋紡公司和荷蘭帝斯曼公司合資在日本成立三井公司,生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維,銷售地區(qū)僅限日本和中國(guó)臺(tái)灣省,年產(chǎn)量約800噸。
世界超高分子量聚乙烯纖維市場(chǎng)情況
目前歐美和日本的超高分子量聚乙烯纖維用途結(jié)構(gòu)有一定差異。歐美主要用于防彈衣和武器裝備,占總量60%~70%,其次為繩纜占20%,漁網(wǎng)等占5%、勞動(dòng)防護(hù)占5%;日本主要用于繩纜、漁網(wǎng)、防護(hù)類,特別是防切割手套,在汽車生產(chǎn)涂漆工序的使用已達(dá)到超高分子量聚乙烯纖維總需求量的1/4?! ?br style="color: rgb(62, 58, 57);font-family: 微軟雅黑;font-size: 12px;white-space: normal"/>超高分子量聚乙烯纖維自商業(yè)化生產(chǎn)以來,一直在迅速發(fā)展。美國(guó)發(fā)生恐怖事件和世界不斷發(fā)生局部戰(zhàn)爭(zhēng)以來,防彈衣料和軍需裝備用超高分子量聚乙烯纖維的需求迅速擴(kuò)大。同樣在民用領(lǐng)域,超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)品以其優(yōu)良的性能,迅速成為海上用繩纜、遠(yuǎn)洋漁網(wǎng)和海上網(wǎng)箱等的主要材料,其市場(chǎng)需求保持旺盛的增長(zhǎng)。盡管荷蘭帝斯曼公司、美國(guó)霍尼韋爾公司和日本三井公司近幾年多次增建擴(kuò)產(chǎn),產(chǎn)量以每年 8%以上的速度遞增,但仍不能滿足市場(chǎng)需求。
1、 荷蘭帝斯曼公司的情況。2001年美國(guó)發(fā)生恐怖事件后,以美國(guó)為中心的防彈衣用產(chǎn)品需求激增,帝斯曼公司迅速擴(kuò)建,將生產(chǎn)能力增加10%以上。據(jù)報(bào)道,2006年荷蘭帝斯曼公司計(jì)劃在美國(guó)的北卡羅來納州 Greenville工廠原有生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上,再新建1條生產(chǎn)線,將使該公司纖維生產(chǎn)線總數(shù)達(dá)到10條,新裝置預(yù)計(jì)將于2008年早期投產(chǎn)。而且Greenville工廠的產(chǎn)品直到今天主要供應(yīng)美國(guó)軍隊(duì)和執(zhí)法機(jī)構(gòu)。
2、美國(guó)霍尼韋爾公司的情況。美國(guó)霍尼韋爾公司至今沒有擴(kuò)產(chǎn),2006年與帝斯曼公司就有關(guān)超高分子量聚乙烯纖維的分歧達(dá)成諒解,默認(rèn)帝斯曼公司在美國(guó)境內(nèi)的不斷擴(kuò)產(chǎn),其詳情不得而知。據(jù)悉霍尼韋爾公司生產(chǎn)工藝的主要輔料為氟氯化碳(俗稱氟利昂),氟氯化碳的使用給擴(kuò)產(chǎn)帶來了巨大技術(shù)障礙。
3、日本三井公司的情況。2003年4月日本三井公司開始建設(shè)新的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)線,加上原來的生產(chǎn)裝置,使日本的年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)到800噸。產(chǎn)品重點(diǎn)放在擴(kuò)大作業(yè)手套、釣魚線和繩纜市場(chǎng)上。
中國(guó)超高分子量聚乙烯纖維研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化情況
我國(guó)自90年代末開始超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)工藝和裝備的研究以及中試生產(chǎn),江蘇神鶴科技發(fā)展有限公司、鹽城超強(qiáng)高分子材料工程技術(shù)研究所先后加入研發(fā)行列,主要致力于成套裝備的技術(shù)研發(fā)和設(shè)備制造及成套技術(shù)產(chǎn)業(yè)化,并取得了一系列重大理論與實(shí)踐的突破。隨即一些企業(yè)投入中試及小規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),至今經(jīng)過不懈努力其纖維性能已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平并具有各自的特色,部分進(jìn)入規(guī)?;a(chǎn)階段。目前國(guó)內(nèi)有北京同益中特種纖維技術(shù)開發(fā)有限公司、湖南中泰特種裝備有限責(zé)任公司、寧波大成新材料股份有限公司、山東愛地高分子材料有限公司等十多個(gè)廠家生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維。由于他們所采取工藝方式和設(shè)備路線不盡相同,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量和單機(jī)產(chǎn)量差距較大。但大多數(shù)生產(chǎn)廠家的纖維質(zhì)量已達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平,完全能滿足國(guó)內(nèi)外的高端市場(chǎng)。也有一部分生產(chǎn)廠商由于采用的工藝和裝備技術(shù)落后和不完善,致使纖維質(zhì)量低劣,生產(chǎn)狀況極不正常。近期,有些非專業(yè)廠家不顧對(duì)江蘇神鶴科技發(fā)展有限公司造成侵權(quán)的嚴(yán)重后果,對(duì)外進(jìn)行不實(shí)虛假宣傳(甚至連網(wǎng)頁宣傳的內(nèi)容都是抄襲他人的),使個(gè)別廠家上當(dāng)受騙,造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,提醒項(xiàng)目投資者要高度重視(該項(xiàng)目的工藝難度和裝備要求是相當(dāng)高的)。
目前,國(guó)內(nèi)90%以上的纖維生產(chǎn)廠家的工程技術(shù)和裝備都來源于江蘇神鶴科技發(fā)展有限公司,所有生產(chǎn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定、設(shè)計(jì)環(huán)保、單機(jī)產(chǎn)能高且自控水平較好,從投料到成絲卷繞整個(gè)過程連續(xù)化生產(chǎn),生產(chǎn)輔料全部回收,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
提高單機(jī)產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn),以技術(shù)進(jìn)步帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí),使我國(guó)超高分子量聚乙烯纖維的制備技術(shù)和裝備水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,將是該產(chǎn)品在我國(guó)的發(fā)展方向和要求。目前,江蘇神鶴科技發(fā)展有限公司、鹽城超強(qiáng)高分子材料工程技術(shù)研究所和東華大學(xué)正聯(lián)合研究開發(fā)新一代產(chǎn)量高、質(zhì)量好的工藝和裝備技術(shù)。為此,國(guó)家在“十一五”和“十二五”規(guī)劃中重點(diǎn)將超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)化研發(fā)列為紡織行業(yè)重點(diǎn)突破的28項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之首位,并要求“要對(duì)國(guó)內(nèi)已有基礎(chǔ)的新一代超高強(qiáng)高模聚乙烯等應(yīng)用技術(shù)深化研究,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)”。
中國(guó)超高分子量聚乙烯纖維市場(chǎng)情況
超高分子量聚乙烯纖維的高端市場(chǎng)是繩網(wǎng)制造業(yè),其次是用于防彈片(UD)。我國(guó)超高分子量聚乙烯纖維能達(dá)到出口要求的年產(chǎn)量不足2000噸,國(guó)內(nèi)纖維生產(chǎn)廠家實(shí)際產(chǎn)出量在5000噸左右,,主要用于制造防刺服、防彈衣、防彈頭盔、繩纜、遠(yuǎn)洋漁網(wǎng)、勞動(dòng)防護(hù)等,部分纖維出口歐美及亞洲等一些國(guó)家和地區(qū)。國(guó)內(nèi)國(guó)防領(lǐng)域已逐步使用,民用領(lǐng)域應(yīng)用也在推廣使用,每年的市場(chǎng)需求量約在10000噸左右。隨著超高分子量聚乙烯纖維在我國(guó)實(shí)現(xiàn)規(guī)?;I(yè)生產(chǎn),以及生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價(jià)格的下降,必將迅速帶動(dòng)中國(guó)在其國(guó)防和民用應(yīng)用領(lǐng)域的研究和發(fā)展,尤其是在民用領(lǐng)域(繩纜、遠(yuǎn)洋漁網(wǎng)、海上養(yǎng)殖、勞動(dòng)防護(hù)類),應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)展,社會(huì)惠及面越來越廣,市場(chǎng)需求保持旺盛增長(zhǎng)。中國(guó)超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展對(duì)國(guó)防建設(shè)和軍事裝備也將有著不同尋常的戰(zhàn)略意義。
中國(guó)超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)客戶
北京同益中特種纖維技術(shù)開發(fā)有限公司
北京威斯特特種材料有限公司
湖南中泰特種裝備有限責(zé)任公司
中紡?fù)顿Y無錫分公司
山東愛地高分子材料有限公司
浙江東南化纖有限公司
江蘇儀征化纖
浙江翔盛集團(tuán)
廣東信達(dá)化纖有限公司
江蘇奧神集團(tuán)(連云港)
浙江千禧工貿(mào)有限公司
河北坤騰實(shí)業(yè)有限公司
山東翔宇化纖有限公司
青島信泰高分子材料有限公司
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