高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的發(fā)展與應(yīng)用

1、高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的發(fā)展與應(yīng)用時(shí)間：2007-11-30 08:46:56來源：本網(wǎng)【關(guān)閉】【正文】20世紀(jì)70年代以來，尤其是近十年以來，國內(nèi)外關(guān)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(qiáng)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(jī)纖維和無機(jī)纖維兩種，有機(jī)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(qiáng)高 模量聚乙烯；聚苯并雙惡座（PBO）;高強(qiáng)高

2、模量聚乙烯醇等。無機(jī)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(qiáng)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(dá)到了極高的取向度和結(jié)晶度， 從而賦予纖維以高強(qiáng)力和高模量。國際上關(guān)于高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的基礎(chǔ)理論早在上世紀(jì)30年代就已提出，然而幾乎經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)才發(fā)明這種纖維及凝膠紡絲法的生產(chǎn)工藝，被稱為化學(xué)纖維的第二次飛躍，是柔性鏈高分子成為高強(qiáng)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(jié)合好，取向度、結(jié)晶度高而具有最高的比強(qiáng)度（強(qiáng)度與重量之比），即相同重量下 的強(qiáng)度是鋼絲繩的15倍，比芳綸高40%,是普通化學(xué)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(qiáng)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(xué)藥劑反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán)，能抗紫外線和耐各種化學(xué)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?yàn)閲饧夹g(shù)的壟斷及國內(nèi)研發(fā)水平的落后

4、，國內(nèi)高強(qiáng)PE纖維經(jīng)過多年的發(fā)展雖然已經(jīng)具備了初步的市場競爭力，但產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相當(dāng)慢，為此，化纖行業(yè)協(xié)會已經(jīng)將超過分子量聚乙烯纖維和碳纖維、芳綸、 PBO、光導(dǎo)纖維等高技術(shù)纖維生產(chǎn)技術(shù)列入國家鼓勵引進(jìn)技術(shù)目錄，并列為化纖行業(yè)十一五”期間的發(fā)展重點(diǎn)。包括高強(qiáng)PE在內(nèi)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(nèi)外生產(chǎn)狀況從1979年荷蘭DSM公司申請第一份有關(guān)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的專利到現(xiàn)在不到30年，加之主要公司的專利壟斷和技術(shù)限制，該纖維的發(fā)展才剛剛起步，目前世界上擁有獨(dú)立自主產(chǎn)權(quán)并能夠工業(yè)化生產(chǎn)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(qiáng)綸”）、中紡?fù)顿Y（商品名 孚泰”）及湖 南中泰。目前全世界產(chǎn)量僅 8000噸，中國的產(chǎn)量約1000余噸。今年將有 DSM、中紡?fù)顿Y等公司的擴(kuò)產(chǎn)， 預(yù)計(jì)全球UHMWPE 產(chǎn)能將超過10000噸。（1）國外生產(chǎn)狀況荷蘭國有能源化學(xué)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(guān)于高強(qiáng)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(chǎn)線和一套 UD （單取向高強(qiáng)高模聚乙烯纖維預(yù)浸材料，為彈道用片材）生產(chǎn)線，成為首家將該種纖維工業(yè)化生產(chǎn)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(chǎn)線、兩條UD生產(chǎn)線投產(chǎn)，使其 Dyneema生產(chǎn)能力擴(kuò)大 40%至U 4500噸/年、Dyneema UD材料的生產(chǎn)能力翻一番達(dá)到2000噸/年。今年1月份，dsm宣布第三次擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，以數(shù)千萬美元的投資擴(kuò)大美國北卡的Dyneema生產(chǎn)能力并于年內(nèi)投產(chǎn)。新計(jì)劃完成后，將使纖維生產(chǎn)線總數(shù)達(dá)到 9條，在全球Dyneema纖維生產(chǎn)量將提高約18%, 達(dá)到4700噸/年，單向（UD）防彈板的生產(chǎn)量將提高25%,達(dá)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(shù)和制造方面占世界領(lǐng)先地位的多元化跨國公司，是世界五百強(qiáng)企業(yè)之一。霍尼韋爾特殊材料集團(tuán)就是其下屬的年銷售額40億美元的戰(zhàn)略業(yè)務(wù)集團(tuán)，為全球客戶提供高性能專業(yè)材料，公司于 20世紀(jì)80年代中期開發(fā)成功高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，商 品名Specra,其市場售價(jià)稍高于杜邦公司Kevlar產(chǎn)品。2001年以后，該公司也不斷的擴(kuò)產(chǎn)，目前的 Specra產(chǎn)能在3000噸左右。（2）國內(nèi)生產(chǎn)狀況寧波大成新材料股份公司前身是寧波大成化纖集團(tuán)公司，是首批 國家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)”，自1996年開始研究開發(fā)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維項(xiàng)目，于2000年初實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，是全世界第四個(gè)能生產(chǎn)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維并擁有自主知

8、識產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)企業(yè)。目前一期工程年產(chǎn)500噸高強(qiáng)高模聚乙烯纖維及制品生產(chǎn)，主要產(chǎn)品有軟質(zhì)防彈衣、輕質(zhì)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(kuò)產(chǎn)到年產(chǎn)1000噸規(guī)模項(xiàng)目的實(shí)施。湖南中泰特種裝備有限責(zé)任公司自1999年開始高強(qiáng)PE纖維的開發(fā)研究，2000年形成了自主知識產(chǎn)權(quán)，以國產(chǎn)原料實(shí)施連續(xù)式寬幅 UD材料的生產(chǎn)，其優(yōu)異的防彈性能，填補(bǔ)了我國在連續(xù)式寬幅UD材料制備技術(shù)與產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)的企業(yè)。年生產(chǎn)能力為300噸，生產(chǎn)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維無緯布、防彈衣、防彈頭盔等系列產(chǎn)品。2006年上半年將

9、繼續(xù)擴(kuò)產(chǎn)500噸纖維和相應(yīng)的 UD材料的生產(chǎn)能力，至 2010年將計(jì)劃擴(kuò)充至5000噸纖維，以此形成以纖維生產(chǎn) 為基礎(chǔ)，UD材料為重點(diǎn)，發(fā)展多類板材和繩索的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈。4、軍工、航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊UHMWPE是目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的強(qiáng)度最高的纖維，其性能優(yōu)越，輕薄如紙布、堅(jiān)硬如鋼鐵軍用方面，因?yàn)槭澜绶秶鷥?nèi)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(qiáng)PE纖維在內(nèi)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(chǎn)單取向高強(qiáng)高模聚乙烯纖維預(yù)浸材料（簡稱UD材料），因?yàn)橘|(zhì)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(chǎn)品 （如軟質(zhì)防彈衣和硬質(zhì)防彈頭

10、盔、防刺衣，運(yùn)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(chǎn)品400kg （裝備一個(gè)師就需240噸），制作一件防彈衣需產(chǎn)品 2kgo911之后，美國強(qiáng)制飛機(jī)駕駛艙內(nèi)壁必須做一層PE纖維，歐洲也在計(jì)劃作類似的規(guī)定。目前是 DSM公司在美國的兩條 UD生產(chǎn)線的產(chǎn)品全部用作美國國內(nèi)和飛到美國的飛機(jī)座艙防彈門的材料。在航空航天領(lǐng)域，神舟飛船已經(jīng)使用了中紡?fù)顿Y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?yàn)橛酶邚?qiáng) PE纖維制作的纜繩比水輕、能浮于水面之上，同時(shí)又耐海水和紫外線的照射，國內(nèi)外的海事局已經(jīng)陸續(xù)要求出海的船只必須配備一條重達(dá)200斤的高強(qiáng)PE纜繩以替代傳統(tǒng)的鋼索