国内超高分子量聚乙烯纤维发展历程、生产工艺及需求趋势分析

——超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维，又称高强高模聚乙烯纤维，是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维。超高分子量聚乙烯纤维是目前工业化高性能纤维材料中比强度和比模量最高的纤维，是分子量在100万以上的聚乙烯树脂所纺出的纤维（普通聚乙烯的分子量一般在4-12万），其断裂伸长率高于碳纤维和芳纶，柔韧性好，在高应变率和低温下力学性能仍然良好，抗冲击能力优于碳纤维、芳纶等，是一种非常理想的防弹、防刺安全防护材料。超高分子量聚乙烯纤维与普通的聚乙烯纤维相比，具有强度高、韧性好，以及优良的抗冲击性和抗切割性、高耐磨性、耐化学腐蚀性等特性。其中，超高分子量聚乙烯纤维的比强度是优质钢材的15倍，是玻璃和尼龙66的4倍，是碳纤维的2.6倍，是芳纶纤维的1.7倍；在抗冲击性能方面，超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比冲击总吸收能量是碳纤维的1.8倍、芳纶的2.6倍，防弹能力是芳纶装甲结构的3.6倍。由于质轻高强及比能量吸收高的特点，超高分子量聚乙烯纤维已逐步取代芳纶，成为个体防弹防护领域的首选纤维。超高分子量聚乙烯纤维具有超高强度、超高模量、低密度、耐磨损、耐低温、耐紫外线、抗屏蔽、柔韧性好、冲击能量吸收高及耐强酸、强碱、化学腐蚀等众多的优异性能，被广泛应用于军事装备、海洋产业、安全防护、体育器械等领域。

UHMWPE上下游产业链

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——国内UHMWPE纤维企业正处于成长阶段，目前产品多用于中低端领域。2005年，以同益中、湖南中泰、宁波大成为代表的国内超高分子量聚乙烯纤维企业实现技术突破后，UHMWPE纤维行业良好的市场前景和经济效益吸引多家企业投资，国内新建了数十条UHMWPE纤维生产线，形成了较为完善的规模化生产能力。国内企业研发和生产的超高分子量聚乙烯纤维产品主要经历了三个发展阶段：（1）逐步实现了超高分子量聚乙烯纤维的批量化生产，打破海外龙头技术垄断、填补了国内空白，实现了超高分子量聚乙烯纤维产品的进口替代；（2）国内企业研发和生产的超高分子量聚乙烯纤维及复合材料产品，在主要指标和功能方面，已达到国际领先知名品牌的同等水平，实现了在相关高端应用领域的进口替代，特别是改变了我国在部分军工装备领域（例如海军舰艇缆绳和武警、陆军防弹衣等）的对国外产品的依赖受制约的局面；（3）在抗蠕变等高端产品以及医用缝合线、雷达天线罩等细分应用领域，我国仍处于起步阶段，我国企业仍将持续进行产品及应用研发。

国内UHMWPE纤维企业在高端应用领域有待突破。尽管2011年之后我国超高分子量聚乙烯纤维的产能已经超过全球总产能的50%，但是国内的超高分子量聚乙烯纤维整体呈现中低端产能富余、高端产能紧缺的情况。我国超高分子量聚乙烯纤维企业在医用缝合线、雷达天线罩等高端应用领域的产品研发仍处于起步阶段，在产品一致性及稳定性、抗蠕变产品等细分领域仍处于不断追赶海外龙头公司的位置。以同益中为代表的国内企业仍需在高端领域内继续实现“从有到优”更高端产品的突破。

UHMWPE纤维可用于制造防弹制品

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——超高分子量聚乙烯纤维性能指标：《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019年版）》对关键战略材料超高分子量聚乙烯纤维的超高强型等性能进行了要求。通常认为断裂强度在35cN/dtex及以上的UHMWPE纤维产品可以划分为“高端”产品。

➢UHMWPE纤维的纺丝工艺可分为干法工艺与湿法工艺。目前，超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝工艺主要有两大类：一类是干法工艺路线，即高挥发性溶剂干法凝胶纺丝工艺路线；另一类是湿法工艺路线，即低挥发性溶剂湿法凝胶纺丝工艺路线。采用的溶剂和后续工艺是这两种工艺路线最大的区别，由于两类溶剂特性区别大，从而后续溶剂脱除工艺也完全不同，各有优势。

➢干法工艺路线纺丝：干法主要以十氢化萘为纺丝溶剂，与UHMWPE树脂混合后，经过双螺杆挤出机高温混炼、喷丝板挤出成熔体细流，通过惰性气体等方式吹扫使溶剂脱去，同时熔体固化成原纤可收卷成型。原纤再经过多级多次的超倍热拉伸可得到强度较高的UHMWPE纤维。相较于湿法路线纺丝，干法路线工艺流程短、经济环保，其制备的纤维表面平整、缺陷少、柔软、结晶度高、纤维密度大、熔点高、熔程短、溶剂残留低。荷兰DSM公司、东洋纺公司、仪征化纤、上海化工研究院有限公司均采用干法工艺路线生产UHMWPE纤维。

➢干法路线关键工艺技术：树脂在十氢萘溶剂中溶胀过程对于纺丝溶液均匀溶解至关重要；纺丝溶液均匀下料是影响纤维纤度的关键；初生纤维中溶剂的充分挥发是影响溶剂回收和纤维力学性能的关键；超倍拉伸温度、拉伸比和拉伸速度是影响纤维结晶和力学性能的关键因素。

UHMWPE 纤维的超高强型等性能指标要求

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➢湿法工艺路线纺丝：湿法路线采用的纺丝溶剂为高沸点不易挥发溶剂，如白油、矿物油、煤油等，纺丝加工温度可调节范围大。纺丝溶剂需要在纺丝后期进行萃取和干燥，常用萃取剂主要有碳氢清洗剂、二氯甲烷、二甲苯等，纺丝溶剂回收工艺经十余年的产业化发展，相对简单成熟，但环保、安全的压力较大。

➢湿法路线是目前国内外纤维企业用得更多的一种工艺技术路线，最早是1985年由美国Honeywell公司购买DSM专利后进行产业化生产推出的纤维牌号有Spectra-HT、Spectra900、Spectra1000等系列产品，其中Spectra-HT牌号断裂强度可达40cN/dtex。另外日本三井公司于1988年正式商业化生产UHMWPE纤维，牌号为Tekmilon，产品重点放在作业手套、钓鱼线和缆绳市场。我国于20世纪80年代开始相关研究，并于2000年左右实现产业化生产，目前国内湿法生产企业有同益中、爱地、九九久、中泰等十余家公司，可生产不同旦数、强度的军民用纤维产品，占全球产销量的60%以上，但以中低端产品为主，产品价格竞争激烈。

➢湿法路线发展方向：传统的湿法路线由于工艺的先天性缺陷，导致产品质量的稳定性受到影响，特别是纤维旦数的偏差率普遍较高，优化现有的工艺路线，进一步提高纤维的力学性能、稳定性、功能性是目前湿法路线研究的重点。

干、湿法纺丝工艺对比

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近年来，我国超高分子量聚乙烯纤维的需求量保持持续较快增长，主要来源于军事装备、海洋产业和安全防护等领域。未来，随着市场需求的不断增加，超高分子量聚乙烯纤维行业仍将持续快速发展。一方面，超高分子量聚乙烯纤维作为现代国防必不可少的战略物资，国家出台了一系列政策将其列为关键战略材料，主要包括《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019年版）》《增强制造业核心竞争力三年行动计划（2018-2020年）》等；另一方面，随着产业技术水平的持续提升，超高分子量聚乙烯纤维的应用领域不断拓宽，日益增加的军品、民品应用将为超高分子量聚乙烯纤维带来庞大的市场需求。

海洋产业超高分子量聚乙烯纤维市场情况：海洋产业中，超高分子量聚乙烯纤维以其优良的性能，迅速成为海上用绳缆、船舶系泊绳、远洋渔网和海上养殖网箱等的主要材料。其市场需求保持旺盛的增长，特别是绳索、缆绳等绳网制造业。比如，超高分子量聚乙烯纤维加工成的渔网比普通聚乙烯纤维渔网质量轻一半以上，同等质量的渔网可制造成更大尺寸的网具，捕捞作业时既可增加捕捞量又能减少渔网的水阻，从而降低渔船能耗，适合远洋捕捞。超高分子量聚乙烯纤维加工成的高强度绳索，与同等直径的钢丝缆绳相比，重量轻88%、强度高50%，且比水轻、能浮于水面之上，同时又耐海水腐蚀和紫外线的照射，可保证更长的使用寿命，尤其适于制作船用泊绳、拖绳、灯塔固定锚绳等海洋工程用缆绳。

安全防护超高分子量聚乙烯纤维市场情况：据中国产业用纺织品行业协会显示，中国安全防护用纺织品纤维加工量一直维持稳步上升趋势。以超高分子量聚乙烯纤维为代表的更高质量和防护性能的防护用品的应用也不断提高。

纺织领域超高分子量聚乙烯纤维市场情况：因为超高分子量聚乙烯纤维具有的独特性能，其在纺织品行业的应用非常广泛。之前因成本和价格等的局限，消费者的接受认可度不高。近几年，随着技术进步和超高分子量聚乙烯纤维成本的进一步下降，超高分子量聚乙烯纤维在民用纺织领域的应用已经进入快车道。超高分子量聚乙烯纤维经机织而成的面料具有明显的冰凉感，且具有良好的自润滑性、低吸水性、不粘性，以及优异的耐磨性、拉伸性能、耐冲击性能、耐化学药品性等，因此在床上用品、窗帘、座套、床垫、凉席、被罩、牛仔面料上得到了广泛的应用。

体育产业超高分子量聚乙烯纤维市场情况：伴随着一系列对体育产业及赛事的指导意见陆续出台及逐步落地，我国大众体育和健身运动诉求也在出现爆发式的增长，作为体育产业重要子行业之一的国内体育用品行业亦将迎来高速增长期。在体育器材领域，超高分子量聚乙烯纤维可制成安全帽、滑雪板、帆轮板、钓竿用钓鱼线、球拍及自行车、滑翔板等，其性能优于传统材料。目前，超高分子量聚乙烯纤维鱼线行业已经相对成熟。超高分子量聚乙烯纤维制成的鱼线拉力值是同样纤度下尼龙线的三倍之多，同等拉力值下的体积更小，质量更轻，且具有耐磨性、鱼讯传递明显迅速等优势，特别是在高端鱼钓，海钓等领域得到了充分的应用，是国内鱼线加工行业的重点出口项目。超高分子量聚乙烯纤维制成的体育用品具有舒适性、凉感性、强度高、轻量化和耐磨等优异特性，因此被广泛地应用在登山绳、钓鱼线、球拍网线、风筝线、射箭弓弦等绳索产品，及运动衣、击剑服等纺织织物和滑雪板、滑雪橇、钓竿、球拍、赛车、滑翔板、赛艇、帆船、网球拍、帆轮板等。随着国内体育用品市场的高速增长，超高分子量聚乙烯纤维的需求也会相应快速增长。