高強高模聚乙烯纖維的發(fā)展與應用

1、高強高模聚乙烯纖維的發(fā)展與應用時間：2007-11-30 08:46:56來源：本網【關閉】【正文】20世紀70年代以來，尤其是近十年以來，國內外關注新型化纖材料的研發(fā)， 主要集中在 三高”上，即 高性能、高感性、高功能纖維。高性能纖維指強度大于 17.8cN/dtex （20g/d）、模量在445 cN/dtex （500g/d） 以上的特種纖維。高性能纖維分有機纖維和無機纖維兩種，有機纖維主要有對位芳綸（聚對苯二甲酰對苯二胺，芳綸1414,商品名Kevlar）,間位芳綸（聚間苯二甲酰間苯二胺，芳綸 1313,商品名Nomex）;超高分子量的高強高 模量聚乙烯；聚苯并雙惡座（PBO）;高強高

2、模量聚乙烯醇等。無機纖維主要是碳纖維。1、繼碳纖維、芳綸之后的第三代高性能纖維高強高模聚乙烯纖維即超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）,是以超高分子量聚乙烯為原料，將其溶解于一種特殊的溶劑中，再由噴絲孔噴出成絲。在溶解的過程中，原先相互纏繞呈無序排列的大分子逐漸 被解纏，并保持到凍膠原絲中。在隨后的纖維拉伸過程中，聚乙烯高分子達到了極高的取向度和結晶度， 從而賦予纖維以高強力和高模量。國際上關于高強高模聚乙烯纖維的基礎理論早在上世紀30年代就已提出，然而幾乎經歷了近半個世紀才發(fā)明這種纖維及凝膠紡絲法的生產工藝，被稱為化學纖維的第二次飛躍，是柔性鏈高分子成為高強纖維的典型例子。UHMWPE的比重

3、是所有高性能纖維中最小的（小于 1）,是唯一能夠浮在水面上的高性能纖維，還由 于分子量極高，主鏈結合好，取向度、結晶度高而具有最高的比強度（強度與重量之比），即相同重量下 的強度是鋼絲繩的15倍，比芳綸高40%,是普通化學纖維的10倍；其模量為1000-l100g/d ,僅次于特級 碳纖維而優(yōu)于芳綸；該纖維不僅斷裂伸長低、斷裂功大，具有很強的吸收能量的能力，故具有突出的抗沖 擊和抗切割韌性；而且該纖維不含易與化學藥劑反應的化學基團，能抗紫外線和耐各種化學腐蝕。如此突 出的性能使其成為碳纖維、芳綸之后的第三代高性能特種纖維。2、國家鼓勵發(fā)展的特種纖維品種之一因為國外技術的壟斷及國內研發(fā)水平的落后

4、，國內高強PE纖維經過多年的發(fā)展雖然已經具備了初步的市場競爭力，但產業(yè)化進程相當慢，為此，化纖行業(yè)協(xié)會已經將超過分子量聚乙烯纖維和碳纖維、芳綸、 PBO、光導纖維等高技術纖維生產技術列入國家鼓勵引進技術目錄，并列為化纖行業(yè)十一五”期間的發(fā)展重點。包括高強PE在內的特種纖維將面臨非常好的發(fā)展環(huán)境和政策支持。3、國內外生產狀況從1979年荷蘭DSM公司申請第一份有關高強高模聚乙烯纖維的專利到現在不到30年，加之主要公司的專利壟斷和技術限制，該纖維的發(fā)展才剛剛起步，目前世界上擁有獨立自主產權并能夠工業(yè)化生產UHMWPE纖維的國家及企業(yè)只有荷蘭 DSM公司（商品名Dyneema）、美國Honeywel

5、l公司（商品名Spectra）、 日本的東洋紡（DSM的合資企業(yè)）和中國的寧波大成（商品名 強綸”）、中紡投資（商品名 孚泰”）及湖 南中泰。目前全世界產量僅 8000噸，中國的產量約1000余噸。今年將有 DSM、中紡投資等公司的擴產， 預計全球UHMWPE 產能將超過10000噸。（1）國外生產狀況荷蘭國有能源化學公司（Dutch State Mines, DSM ）是荷蘭三大化工公司之一，其于1979年發(fā)表第一份關于高強高模聚乙烯纖維的專利，之后在荷蘭Heerlen地區(qū)建成5套紡紗生產線和一套 UD （單取向高強高模聚乙烯纖維預浸材料，為彈道用片材）生產線，成為首家將該種纖維工業(yè)化生產企

6、業(yè)。2004年5月份，該公司在因反恐而需求旺盛的美國北卡羅來納州Greenvill新建的一條Dyneema紗生產線、兩條UD生產線投產，使其 Dyneema生產能力擴大 40%至U 4500噸/年、Dyneema UD材料的生產能力翻一番達到2000噸/年。今年1月份，dsm宣布第三次擴產計劃，以數千萬美元的投資擴大美國北卡的Dyneema生產能力并于年內投產。新計劃完成后，將使纖維生產線總數達到 9條，在全球Dyneema纖維生產量將提高約18%, 達到4700噸/年，單向（UD）防彈板的生產量將提高25%,達到2500噸/年。美國Honeywell （霍尼威爾）是一家全球年銷售額 260億

7、美元、在技術和制造方面占世界領先地位的多元化跨國公司，是世界五百強企業(yè)之一。霍尼韋爾特殊材料集團就是其下屬的年銷售額40億美元的戰(zhàn)略業(yè)務集團，為全球客戶提供高性能專業(yè)材料，公司于 20世紀80年代中期開發(fā)成功高強高模聚乙烯纖維，商 品名Specra,其市場售價稍高于杜邦公司Kevlar產品。2001年以后，該公司也不斷的擴產，目前的 Specra產能在3000噸左右。（2）國內生產狀況寧波大成新材料股份公司前身是寧波大成化纖集團公司，是首批 國家重點高新技術企業(yè)”，自1996年開始研究開發(fā)高強高模聚乙烯纖維項目，于2000年初實現了產業(yè)化生產，是全世界第四個能生產高強高模聚乙烯纖維并擁有自主知

8、識產權的生產企業(yè)。目前一期工程年產500噸高強高模聚乙烯纖維及制品生產，主要產品有軟質防彈衣、輕質防彈頭盔、"UD無緯防彈布、防彈板材、高性能滑雪杖等。該公司正著手二期擴產到年產1000噸規(guī)模項目的實施。湖南中泰特種裝備有限責任公司自1999年開始高強PE纖維的開發(fā)研究，2000年形成了自主知識產權，以國產原料實施連續(xù)式寬幅 UD材料的生產，其優(yōu)異的防彈性能，填補了我國在連續(xù)式寬幅UD材料制備技術與產品的空白，成為世界上繼DSM公司和Honeywell公司之后第三家擁有其生產技術的企業(yè)。年生產能力為300噸，生產高強高模聚乙烯纖維無緯布、防彈衣、防彈頭盔等系列產品。2006年上半年將

9、繼續(xù)擴產500噸纖維和相應的 UD材料的生產能力，至 2010年將計劃擴充至5000噸纖維，以此形成以纖維生產 為基礎，UD材料為重點，發(fā)展多類板材和繩索的高新技術產業(yè)鏈。4、軍工、航空航天領域的應用前景廣闊UHMWPE是目前已經實現工業(yè)化生產的強度最高的纖維，其性能優(yōu)越，輕薄如紙布、堅硬如鋼鐵軍用方面，因為世界范圍內軍事對抗的加重及航天航空等高端科技的發(fā)展，對包括高強PE纖維在內的高性能纖維的需求增長迅速。目前UHMWPE纖維總量的45%用于生產單取向高強高模聚乙烯纖維預浸材料（簡稱UD材料），因為質輕、能抵御子彈的巨大沖擊力，能減少對人體的傷害，主要作為防彈產品 （如軟質防彈衣和硬質防彈頭

10、盔、防刺衣，運鈔車和裝甲坦克的防彈板）的核心材料，僅裝備裝甲車、坦 克一輛就需產品400kg （裝備一個師就需240噸），制作一件防彈衣需產品 2kgo911之后，美國強制飛機駕駛艙內壁必須做一層PE纖維，歐洲也在計劃作類似的規(guī)定。目前是 DSM公司在美國的兩條 UD生產線的產品全部用作美國國內和飛到美國的飛機座艙防彈門的材料。在航空航天領域，神舟飛船已經使用了中紡投資的UHMWPE ,用作降落傘繩、海洋回收系統(tǒng)中的纜繩等。民用方面，因為用高強 PE纖維制作的纜繩比水輕、能浮于水面之上，同時又耐海水和紫外線的照射，國內外的海事局已經陸續(xù)要求出海的船只必須配備一條重達200斤的高強PE纜繩以替代傳統(tǒng)的鋼索