第四章　超高分子量聚乙烯纖維

第一節　引言

超高分子量聚乙烯（Ultrahigh molecular weight polyethylene, UHMWPE）纖維，又稱高強高模聚乙烯纖維、高取向度聚乙烯纖維、高性能聚乙烯纖維，是目前所知強質比最高的纖維材料，與碳纖維、芳綸并稱為當代三大高性能纖維，是促進高新技術產業發展的重要新材料，也是涉及國防和航空航天工業的必要材料。

國際上UHMWPE纖維主要形成兩大品牌，即Dyneema?（荷蘭帝斯曼公司、日本東洋紡公司）和Spectra?（美國霍尼韋爾公司），相應代表了兩條不同的生產技術路線，一條是以Dyneema?為代表的高揮發性溶劑（如十氫萘）的溶液干法凍膠紡絲技術路線，簡稱干法技術；一條是以Spectra?為代表的低揮發性溶劑（如礦物油）的溶液濕法凍膠紡絲技術路線，簡稱濕法技術。干法紡絲與濕法紡絲最大的區別在于是否使用萃取劑，干法技術直接采用加熱將有機溶劑揮發出來，濕法技術則采用一種溶劑溶解超高分子量聚乙烯樹脂得到紡絲溶液，經擠出成型后通過另外一種高揮發性萃取劑將原有溶劑萃取出來。表4-1給出了國外主要生產UHMWPE纖維的廠商。

表4-1　國外高性能聚乙烯纖維主要生產商情況

荷蘭帝斯曼公司1990年在荷蘭的Heerlen工廠建成第一條干法凝膠紡絲生產線并進行Dyneema SK系列產品商業化生產與市場開拓。隨后的幾年里，該公司為保持技術先進性，擴大產品全球市場份額，投入大量資金開發關鍵技術和產品，并在多處開設工廠，纖維的性能處于國際先進水平，得到了下游用戶的廣泛關注和認可。根據相關數據統計，荷蘭和美國的工廠在2008年產能合計達到4500t/a，2010年增至6000t/a。與日本東洋紡績株式會社合作，在日本建廠，產能由1600t/a逐步擴大至3200t/a。

美國霍尼韋爾公司擁有濕法紡絲技術，最初由美國聯信公司在借鑒帝斯曼公司工藝路線的基礎上開發而來，后聯信公司被霍尼韋爾公司并購，成為國外唯一擁有濕法紡絲技術的公司。據相關報道，2010年其下屬工廠產能已達到3000t/a。

我國自20世紀80年代開展凍膠紡絲制備超UHMWPE纖維的研究工作，尤其是近10年來，我國UHMWPE纖維發展較快，技術路線也分為濕法路線和干法路線。表4-2給出了我國UHMWPE纖維工藝路線及生產廠商。

表4-2　國內高性能聚乙烯纖維主要生產商情況

濕法紡絲技術主要由東華大學開發，形成了具有我國自主知識產權的成套技術，采用該項技術用于制備UHMWPE纖維的規模化企業主要有北京同益中特種纖維技術開發公司、湖南中泰特種裝備有限公司、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、北京威亞高性能纖維有限公司和上海斯瑞科技有限公司等。

干法紡絲技術路線由中國紡織科學研究院和南化集團研究院合作開發，于2005年建成了30t/a高性能聚乙烯纖維擴試線，打通了關鍵技術及開發出核心設備，得到的纖維性能優良。2008年在儀征化纖公司建成300t/a生產線，干法產品成功打入國內市場，標志著國產高性能聚乙烯纖維干法紡絲工藝邁進了產業化的行列；2011年，儀征化纖公司成功建成1000t/a干法紡絲生產線，2016年，第二條千噸級生產線順利投入運營。