超高分子量聚乙烯纖維生而強(qiáng)悍

編輯/崔書(shū)健

隨著國(guó)產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維加工技術(shù)的日益成熟，其正展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)值

去年10月，集橋、島、隧于一體的港珠澳大橋正式通車，使得珠海、香港、澳門(mén)三地形成“一小時(shí)都市圈”。在這被譽(yù)為“世界新七大奇跡”的背后，超高分子量聚乙烯纖維起到了巨大的作用。港珠澳大橋吊裝使用的纜繩就是由14 萬(wàn)根高性能聚乙烯纖維共同組成并實(shí)現(xiàn)了大橋海底隧道的最終接頭。此外，憑借其自身的優(yōu)異性能，尤其是高強(qiáng)高模的特點(diǎn)，超高分子量聚乙烯纖維在紡織服裝、體育用品、醫(yī)療器材、增強(qiáng)材料等方面展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿蛢r(jià)值。由此，高性能纖維新材料的研發(fā)也逐漸被列入我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，成為化纖行業(yè)重要的組成部分。

超高分子量聚乙烯纖維(Ultrahigh molecular weight polyethylene，UHMWPE)，又稱高強(qiáng)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(qiáng)質(zhì)比最高的纖維材料，與碳纖維、芳綸并稱為當(dāng)代三大高性能纖維，是促進(jìn)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要新材料，也是涉及國(guó)防和航空航天工業(yè)的必要材料。近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維加工技術(shù)的日益成熟，生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價(jià)格的下降，以及超高分子量聚乙烯纖維制品在國(guó)防和民用領(lǐng)域的研究，進(jìn)一步刺激了超高分子量聚乙烯的發(fā)展，擴(kuò)大了其市場(chǎng)應(yīng)用范圍。

1 兩大技術(shù)流派

國(guó)際上UHMWPE 纖維主要有兩大品牌：Dyneema?（荷蘭帝斯曼公司、日本東洋紡公司）和Spectra?（美國(guó)霍尼韋爾公司），相應(yīng)代表了兩條不同的生產(chǎn)工藝技術(shù)路線。一條是以Dyneema?為代表的高揮發(fā)性溶劑（如十氫萘）的溶液干法凍膠紡絲技術(shù)路線，簡(jiǎn)稱干法技術(shù)；一條是以Spectra?為代表的低揮發(fā)性溶劑（如礦物油）的溶液濕法凍膠紡絲技術(shù)路線，簡(jiǎn)稱濕法技術(shù)。干法紡絲與濕法紡絲最大的區(qū)別在于是否使用萃取劑，干法技術(shù)采用直接加熱將有機(jī)溶劑揮發(fā)出來(lái)，濕法技術(shù)則采用一種溶劑溶解超高分子量聚乙烯樹(shù)脂得到紡絲溶液，經(jīng)擠出成型后通過(guò)另外一種高揮發(fā)性萃取劑將原有溶劑萃取出來(lái)。

荷蘭帝斯曼公司1990年在荷蘭的Heerlen 工廠建成第一條干法凍膠紡絲生產(chǎn)線并進(jìn)行Dyneema SK 系列產(chǎn)品商業(yè)化生產(chǎn)與市場(chǎng)開(kāi)拓。隨后的幾年里，該公司為保持技術(shù)先進(jìn)性，擴(kuò)大產(chǎn)品全球市場(chǎng)份額，投入大量資金開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品，并在多處開(kāi)設(shè)工廠，纖維的性能處于國(guó)際先進(jìn)水平，得到了下游用戶的廣泛關(guān)注和認(rèn)可。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，荷蘭和美國(guó)的工廠在2008年產(chǎn)能合計(jì)達(dá)到4500t/a，2010年增至6000t/a。

美國(guó)霍尼韋爾公司擁有濕法紡絲技術(shù)，最初美國(guó)聯(lián)信公司在帝斯曼公司工藝路線的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出濕法工藝，后聯(lián)信公司被霍尼韋爾公司并購(gòu)，后者成為國(guó)外唯一擁有濕法紡絲技術(shù)的公司，2010年其下屬工廠產(chǎn)能已達(dá)到3000t/a。

表1 國(guó)外高性能聚乙烯纖維主要生產(chǎn)商情況

表2 國(guó)內(nèi)高性能聚乙烯纖維主要生產(chǎn)商情況

我國(guó)自20世紀(jì)80年代開(kāi)展凍膠紡絲制備UHMWPE 纖維的研究工作，尤其是近10年來(lái)，我國(guó)UHMWPE 纖維發(fā)展較快，技術(shù)路線也分為濕法路線和干法路線。

濕法紡絲技術(shù)主要由東華大學(xué)開(kāi)發(fā)，形成了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)，采用該項(xiàng)技術(shù)用于制備UHMWPE 纖維的規(guī)?；髽I(yè)主要有北京同益中特種纖維技術(shù)開(kāi)發(fā)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(ài)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(shù)路線由中國(guó)紡織科學(xué)研究院有限公司和南化集團(tuán)研究院合作開(kāi)發(fā)，于2005年建成了30t/a 高性能聚乙烯纖維擴(kuò)試線，打通了關(guān)鍵技術(shù)及開(kāi)發(fā)出核心設(shè)備，得到的纖維性能優(yōu)良。2008年儀征化纖公司建成300t/a 生產(chǎn)線，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)高性能聚乙烯纖維干法紡絲工藝邁進(jìn)了產(chǎn)業(yè)化的行列；2011年，儀征化纖公司成功建成1000t/a 干法紡絲生產(chǎn)線，2016年，第二條千噸級(jí)生產(chǎn)線順利投入運(yùn)營(yíng)。

2 纖維優(yōu)異性能

2.1 物理性質(zhì)

UHMWPE 纖維由碳?xì)浯蠓肿渔溄M合而成，具有出色的物理性能，例如，比強(qiáng)度和比模量是目前已知纖維中最高的，其比強(qiáng)度分別為高強(qiáng)度碳纖維的2 倍、鋼材的14 倍，具有其他纖維不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

1）具有高強(qiáng)高模特性。由于UHMWPE 纖維相對(duì)分子質(zhì)量高，分子鏈充分伸展，纖維高度取向結(jié)晶，強(qiáng)度和模量均表現(xiàn)出較高水平。20世紀(jì)30年代，即有學(xué)者對(duì)UHMWPE 纖維的理論極限強(qiáng)度和模量進(jìn)行了研究，基于分子鏈斷裂機(jī)理的假設(shè)，理論極限強(qiáng)度達(dá)到了279cN/dtex，理論極限模量3561cN/dtex。目前限于生產(chǎn)技術(shù)水平，束絲斷裂強(qiáng)度最高僅到45cN/dtex，初始模量約為2000cN/dtex，但是該值與其他纖維相比，已經(jīng)表現(xiàn)出出色的力學(xué)性能。

2）具有極強(qiáng)的耐磨性，其摩擦系數(shù)為0.05~0.11，居塑料首位，是普通塑料的5~7 倍、鋼材的7~10 倍。

3）具有極高的耐沖擊性，比沖擊總吸收能量高，沖擊強(qiáng)度在現(xiàn)有塑料中最高，即使在-70℃條件下，仍保持相當(dāng)高的沖擊強(qiáng)度。

4）密度低，約為0.97g/cm3。

5）具有優(yōu)異的自潤(rùn)滑性，與聚四氟乙烯（PTFE）相當(dāng)。

6）耐疲勞、耐彎曲性好，所制成的纜繩反復(fù)加載7000 次，強(qiáng)力保持100%。

7）電波易透射，在各種電波頻率下均表現(xiàn)出優(yōu)異的介電性能，介電常數(shù)ε ≤3.0，介電損耗角正切值tanδ=10-4。

8）耐候性好，紫外線連續(xù)照射1500h，強(qiáng)度保持在90%以上。

9）耐低溫性好，-160℃下性能保持率良好，是目前唯一可在接近絕對(duì)零度溫度下工作的一種工程塑料。

10）具有極好的耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性，是普通高密度聚乙烯（HDPE）纖維的200 倍。

11）具有優(yōu)良的抵抗快速開(kāi)裂能力，電絕緣性、導(dǎo)熱性、耐γ 射線性良好等特點(diǎn)。

2.1 化學(xué)性質(zhì)

UHMWPE 纖維結(jié)晶度高，無(wú)活性官能團(tuán)，表面能低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。普通酸、堿、鹽條件下，纖維性質(zhì)不發(fā)生任何改變，具有強(qiáng)的耐腐蝕性。纖維表面光滑平整，與其他材料的界面黏結(jié)度低，對(duì)其表面染色或噴漆時(shí)，容易出現(xiàn)掉色、掉漆等現(xiàn)象。為了改善界面的相容性、黏結(jié)性，滿足該纖維在復(fù)合材料等領(lǐng)域內(nèi)的需求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)纖維表面改性進(jìn)行了大量研究，希望通過(guò)表面刻蝕、修飾或增加官能團(tuán)等方式，改變纖維的物理化學(xué)性質(zhì)。表面改性的方法主要包括電暈處理、輝光放電處理、化學(xué)刻蝕、離子束輻射、等離子體處理、紫外接枝、酶催化接枝等。

通過(guò)對(duì)纖維表面改性賦予纖維一些新特性的同時(shí)，纖維本身的特性也或多或少受到破壞，嚴(yán)重影響纖維的綜合性能指標(biāo)。通過(guò)共混技術(shù)，改善纖維的性能得到廣泛認(rèn)可，該技術(shù)主要為在紡絲的過(guò)程中添加功能材料，共同擠出成型，得到含有功能材料的纖維，克服纖維缺點(diǎn)。例如，UHMWPE 有色纖維，通過(guò)在紡絲的過(guò)程中添加顏料，纖維色澤均勻、色牢度高、顏色豐富，對(duì)纖維的其他性能幾乎不產(chǎn)生負(fù)面影響。

表3 UHMWPE 纖維用抗氧劑

3 主流制備工藝

3.1 濕法技術(shù)

濕法工藝路線采用低揮發(fā)有機(jī)物（如液狀石蠟、固體石蠟）作為溶劑，首先將UHMWPE 樹(shù)脂和助劑等加到溶劑中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的升溫溶脹，投入到雙螺旋擠出機(jī)中，經(jīng)過(guò)增壓、預(yù)過(guò)濾、精確計(jì)量，從噴絲組件擠出進(jìn)入凝固浴槽冷卻固化成型，得到含有溶劑的濕態(tài)凍膠原絲。利用高揮發(fā)性和優(yōu)良萃取性能的萃取劑經(jīng)連續(xù)萃取裝置多級(jí)萃取凍膠原絲，使低揮發(fā)性溶劑從凍膠原絲中置換出來(lái)。含有萃取劑的凍膠原絲經(jīng)過(guò)連續(xù)多級(jí)干燥裝置，使萃取劑充分氣化逸出，得到干態(tài)原絲，最后經(jīng)過(guò)高倍熱拉伸得到高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。紡絲過(guò)程中回收的溶劑和萃取劑、少量水等形成的混合物，收集后送至精餾裝置分離回收，循環(huán)利用。

表4 不同牽伸工藝條件下纖維性能指標(biāo)的變化

雙螺桿擠出機(jī)因具有高效混合、高效溶解和高效輸送等特點(diǎn)，是目前溶解UHMWPE 樹(shù)脂的主要手段之一。UHMWPE 樹(shù)脂在白油中的溶解過(guò)程是聚乙烯大分子鏈與白油溶劑分子之間相互擴(kuò)散的物理過(guò)程，UHMWPE 大分子的結(jié)晶溫度在140℃左右，但是在白油體系中，UHMWPE 的溶解溫度在200℃左右，遠(yuǎn)高于其結(jié)晶溫度，此時(shí)必須借助于雙螺旋擠出機(jī)強(qiáng)烈的剪切和捏合作用，使其形成均勻溶液，從而避免出現(xiàn)由于大量凝膠粒子的存在而形成不勻凍膠體的現(xiàn)象。

濕法技術(shù)最大的特點(diǎn)在于采用萃取劑置換出紡絲溶劑，效果較好的萃取劑主要有氟氯烴（三氯三氟乙烷）、二氯甲烷、二氯乙烷、二甲苯、甲苯、汽油等，雖然氟氯烴具有萃取效率高、低毒、不燃等優(yōu)點(diǎn)，但受到保護(hù)臭氧層等國(guó)際公約的限制，被逐步淘汰。尋求高效、低毒、安全的萃取劑一直是各生產(chǎn)廠商和研究人員的重點(diǎn)研究方向。而技術(shù)中所用到的溶劑多為價(jià)格低廉易得的礦物油。UHMWPE 樹(shù)脂一般被配置成4%~7%的濃度，添加一定量的抗氧劑等助劑，混合均勻后在90℃~100℃攪拌條件下溶脹2~5h，通過(guò)喂料口注入雙螺旋擠出機(jī)。目前抗氧劑多采用酚類、亞磷酸酯類、硫酸酯類等。

3.2 干法技術(shù)

產(chǎn)業(yè)化的干法技術(shù)是采用高揮發(fā)性有機(jī)溶劑（如十氫萘）制備超高分子量聚乙烯紡絲原液，依次經(jīng)過(guò)溶脹、雙螺旋擠出機(jī)溶解、增壓過(guò)濾、計(jì)量噴絲、風(fēng)冷干燥等工藝得到干態(tài)原絲，再經(jīng)過(guò)后紡高倍熱拉伸得到高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，整個(gè)過(guò)程不使用萃取劑。

在風(fēng)冷干燥環(huán)節(jié)，為了形成穩(wěn)定的風(fēng)場(chǎng)把溶劑帶走，目前風(fēng)冷方式采用側(cè)吹風(fēng)形式，紡絲細(xì)流中一部分十氫萘揮發(fā)出來(lái)，被側(cè)吹風(fēng)帶出，此時(shí)的紡絲細(xì)流固化形成凍膠絲，剩余十氫萘隨凍膠絲進(jìn)入紡絲甬道，經(jīng)過(guò)甬道內(nèi)的惰性氣體吹掃后逸出，凍膠絲變成干態(tài)原絲。在冷卻和干燥的過(guò)程中逸出的十氫萘氣體隨惰性氣體進(jìn)入溶劑回收系統(tǒng)進(jìn)行冷卻回收，得到的十氫萘進(jìn)入配料系統(tǒng)待用，惰性氣體循環(huán)利用，此過(guò)程無(wú)溶劑滲出，具有安全可靠、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。

由于干態(tài)原絲的強(qiáng)度和模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到高強(qiáng)高模的要求，需要增加高度取向的伸直鏈結(jié)構(gòu)，提高聚乙烯的結(jié)晶度，賦予其高強(qiáng)高模的特點(diǎn)。根據(jù)纖維的拉伸原理，初生纖維是兼具黏性和彈性的高聚物黏彈體，為了取得高取向的超高分子量聚乙烯纖維，需要根據(jù)纖維熔點(diǎn)的增加，升高拉伸溫度，采取多級(jí)拉伸。工業(yè)化的后紡牽伸多采用三級(jí)低速高倍熱拉伸，每一級(jí)溫度逐步升高，但是倍率逐步降低，保證得到的纖維力學(xué)性能優(yōu)異、毛絲少、合格率高。

經(jīng)過(guò)多次牽伸后，纖維內(nèi)部晶區(qū)得到進(jìn)一步完善，纖維主體內(nèi)的折疊鏈晶向高取向的伸直鏈晶轉(zhuǎn)變。牽伸的目的在于提高纖維內(nèi)部晶體總含量及伸直鏈晶含量，一方面牽伸溫度及倍率是影響晶體形成的重要因素；另一方面，晶體的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)漸變過(guò)程，無(wú)定形鏈段向折疊鏈晶轉(zhuǎn)變，折疊鏈晶向伸直鏈晶的轉(zhuǎn)變緩慢，尤其是伸直鏈晶的形成，所需條件更加苛刻，這也是工業(yè)化制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維牽伸速率較慢的原因之一。

3.3 熔融紡絲

一般情況下，熔融紡絲工藝為UHMWPE 樹(shù)脂單獨(dú)或與石蠟、低分子聚乙烯等按一定比例混合熔融，從噴絲孔擠出，在水槽中冷卻凝固后經(jīng)低倍率牽伸得到最終成品，所用的分子量一般不超過(guò)100 萬(wàn)，隨著分子量增加，熔融紡絲難度增加，需要添加更多的低分子量聚乙烯或其他小分子物質(zhì)助熔。為了保證能夠得到較好的力學(xué)性能，加工過(guò)程中還需要萃取出全部或部分小分子物質(zhì)。選用的UHMWPE 樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量普遍較低，再加上纖維中低分子物質(zhì)殘留量高，導(dǎo)致力學(xué)性能偏低，一般為15~20cN/dtex。

熔融紡絲無(wú)需溶脹、溶解過(guò)程，采用雙螺桿熔融，紡絲速度快，生產(chǎn)效率高，工藝路線簡(jiǎn)單環(huán)保，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于溶液紡絲。對(duì)于共混改性劑添加量較小的工藝路線，甚至可免除萃取工序。單從成本上講，產(chǎn)品在中強(qiáng)中模應(yīng)用方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。然而，目前熔融紡絲工藝還存在以下問(wèn)題。

1）纖維力學(xué)性能較低。為了降低黏度，增加熔體的流動(dòng)性，目前熔融紡絲所采用的UHMWPE樹(shù)脂分子量較低，極大影響了纖維的力學(xué)性能指標(biāo)。

2）增速效果較低。目前高效共混改性劑種類較少，增速效率較低，為了提高熔體流動(dòng)性，小分子或低分子共混改性及添加量較大，影響到多級(jí)高倍牽伸時(shí)大分子的有效取向，必須降低低分子共混劑以實(shí)現(xiàn)高倍牽伸，不得不使用萃取工藝，從而增加了加工成本和環(huán)保費(fèi)用。

3）研發(fā)工作滯后。國(guó)內(nèi)主要UHMWPE 纖維生產(chǎn)企業(yè)過(guò)多關(guān)注高強(qiáng)高模等產(chǎn)品核心性能的提高，集中于溶液紡絲工藝的改進(jìn)，如尋找新型溶劑、萃取劑、干燥設(shè)備等。熔融紡絲工藝及設(shè)備研發(fā)較少，中強(qiáng)中模纖維制備水平較低。

4）市場(chǎng)開(kāi)發(fā)緩慢。熔融紡絲得到的產(chǎn)品在中強(qiáng)中模纖維應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注度不高，市場(chǎng)過(guò)多關(guān)注防護(hù)服、高端纜繩等領(lǐng)域，其他相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及應(yīng)用嚴(yán)重滯后，比如市場(chǎng)對(duì)強(qiáng)度要求不高的防切割手套等產(chǎn)品，如果采用熔融紡絲方法制備共混纖維，成本可能會(huì)顯著下降。

4 當(dāng)前存在問(wèn)題

4.1 UHMWPE 樹(shù)脂的降解性

UHMWPE 樹(shù)脂在良溶劑中，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)在高溫條件下溶解，得到的溶液均勻，可紡性能好，經(jīng)過(guò)噴絲、固化成型、干燥、后紡高倍熱拉伸等過(guò)程得到高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。但是在溶解紡絲過(guò)程中，UHMWPE 的相對(duì)分子質(zhì)量幾乎降解一半，即使加入抗氧化劑也避免不了。降解問(wèn)題的存在，直接導(dǎo)致纖維的強(qiáng)度和模量等指標(biāo)下降。

4.2 紡絲溶液濃度低

制備高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，需要采用較高分子量的樹(shù)脂，黏均分子量一般在450 萬(wàn)以上，樹(shù)脂在溶劑中的濃度為4%~10%，繼續(xù)提高濃度，就會(huì)出現(xiàn)溶解不完全等現(xiàn)象，很難進(jìn)行紡絲。低濃度的紡絲溶液，直接造成UHMWPE纖維生產(chǎn)效率低，成本居高不下。

4.3 規(guī)?；潭鹊?/h3>

國(guó)內(nèi)目前約有30 家企業(yè)生產(chǎn)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，年產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)2萬(wàn)噸，但是年產(chǎn)能在千噸級(jí)的企業(yè)數(shù)量不多。國(guó)外單條生產(chǎn)線產(chǎn)能普遍在500t/a 左右，也有個(gè)別公司達(dá)到800t/a。但是國(guó)內(nèi)單線產(chǎn)能多在200t/a，很難達(dá)到300t/a。為了提高總產(chǎn)能，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家不得不增加生產(chǎn)線，從而造成投資成本高、生產(chǎn)效率低、能耗高，大規(guī)?；a(chǎn)較難實(shí)現(xiàn)。

4.4 安全環(huán)保

UHMWPE 纖維在溶液紡絲中用到大量有機(jī)溶劑，包括揮發(fā)性有機(jī)溶劑或萃取劑，在存儲(chǔ)、運(yùn)輸和使用環(huán)節(jié)需要加大安全技術(shù)和環(huán)保技術(shù)投入，保證整個(gè)工藝安全可靠，滿足正常生產(chǎn)所需。生產(chǎn)過(guò)程中廢氣、廢液、廢絲等的排放；防火、防爆等級(jí)的規(guī)范化要求；職業(yè)衛(wèi)生的要求等，需要生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)意識(shí)和資金、技術(shù)的投入。隨著新的安全法規(guī)和環(huán)境保護(hù)法的實(shí)施，倒逼企業(yè)進(jìn)行工藝革新和安全投入，淘汰落后技術(shù)和裝備。

UHMWPE 纖維應(yīng)用廣泛。

5 廣泛應(yīng)用領(lǐng)域

5.1 防護(hù)裝備

UHMWPE 纖維在防彈領(lǐng)域主要通過(guò)非織造布制備防彈插板、防彈頭盔、防彈衣、關(guān)鍵部位防護(hù)品等；在防刺領(lǐng)域主要通過(guò)非織造布制備防刺氈、防刺護(hù)頸、防刺手套、防刺服、關(guān)鍵部位防護(hù)品等。由于防彈和防刺特點(diǎn)不同，彈丸侵徹防彈材料時(shí)，往往是面打擊，具有高沖擊能和強(qiáng)烈的沖擊波等特點(diǎn)；刀侵徹防刺材料時(shí)是點(diǎn)沖擊，主要的破壞力是低速刀刃切割，可以忽略沖擊波的影響。開(kāi)發(fā)一種防彈防刺于一體的防護(hù)品，是現(xiàn)代反恐戰(zhàn)爭(zhēng)的迫切需求材料之一。

5.2 纜繩

UHMWPE 纜繩具有優(yōu)異的抗疲勞性，被廣泛應(yīng)用于艦船系泊與拖纜、艦載機(jī)阻攔索與阻攔網(wǎng)、海洋平臺(tái)拖纜、深海能源與礦產(chǎn)探測(cè)開(kāi)發(fā)、移動(dòng)式錨泊系統(tǒng)、海洋打撈與救生等領(lǐng)域內(nèi)。例如，海上石油鉆井平臺(tái)采用的系泊系統(tǒng)最早使用鋼鏈，但是鋼鏈存在兩大致命缺陷：質(zhì)量重和銹蝕，采用UHMWPE 纜繩替代鋼鏈，完全可以彌補(bǔ)上述缺陷；UHMWPE 纜繩具有高強(qiáng)輕質(zhì)、安全性高、攜帶使用方便等特點(diǎn)，在樹(shù)木養(yǎng)護(hù)、園林設(shè)計(jì)修剪、直升機(jī)快速投放物資等方面廣泛應(yīng)用；UHMWPE 纜繩具有絕緣耐高壓等特點(diǎn)，廣泛用于電力牽引線、搭橋、絕緣吊裝、平衡掛線、江河跨線等領(lǐng)域；UHMWPE 纜繩的高強(qiáng)輕質(zhì)特點(diǎn)，使其在舞臺(tái)特技保護(hù)、攝像機(jī)控制等方面嶄露頭角。

5.3 醫(yī)療器材

荷蘭DSM 公司制備的Dyneema Purity 纖維強(qiáng)度高達(dá)40cN/dtex，做成的手術(shù)縫合線與同等受力的聚酯線相比，直徑可以減少兩倍以上，而且浸泡在常見(jiàn)的酸堿鹽化學(xué)溶液中性能不變，被廣泛應(yīng)用于骨科等外科手術(shù)中；纖維做成的導(dǎo)管不易折斷，柔韌性好，對(duì)傷口創(chuàng)傷小，可以用于介入療法和內(nèi)窺鏡手術(shù)，減輕病人痛苦，降低手術(shù)費(fèi)用。到目前為止，除了黑色醫(yī)用縫線外，DSM 公司還開(kāi)發(fā)出了SGX 系列白色、VG 系列藍(lán)色手術(shù)縫合線以及RP 系列X 光下可顯影的黃色線纜。

我國(guó)在UHMWPE 纖維醫(yī)用領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)正處于起步階段。目前，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在纖維純度方面很難滿足醫(yī)用要求，這可能與UHMWPE 樹(shù)脂原料純度、纖維溶劑殘留量、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)質(zhì)量控制等因素有關(guān)。找出原因，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，開(kāi)發(fā)高附加值的醫(yī)用產(chǎn)品是擺在各纖維生產(chǎn)廠家面前的任務(wù)之一。

5.4 漁業(yè)養(yǎng)殖

UHMWPE 纖維出色的物理化學(xué)性能在漁業(yè)養(yǎng)殖方面受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。隨著我國(guó)海洋工程的發(fā)展，遠(yuǎn)洋深海生物捕撈、固定式海洋養(yǎng)殖網(wǎng)箱與海灣養(yǎng)殖、可移動(dòng)式養(yǎng)殖網(wǎng)箱及遷移等漁業(yè)技術(shù)和模式的發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)所用材料提出更高的要求。UHMWPE 纖維的出色性能讓上述捕撈和養(yǎng)殖模式得以實(shí)現(xiàn)。例如，利用UHMWPE 纖維編織的網(wǎng)箱，固定某一海域進(jìn)行漁業(yè)養(yǎng)殖，根據(jù)季節(jié)的變化對(duì)整個(gè)網(wǎng)箱拖動(dòng)遷移，尋找新的適合海洋生物生長(zhǎng)的海域，讓草原游牧方式在海洋漁業(yè)養(yǎng)殖領(lǐng)域成為現(xiàn)實(shí)。

5.5 體育用品

針對(duì)UHMWPE 纖維的不同特性，市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種體育器材。例如，制備的賽艇船體強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，受到運(yùn)動(dòng)員廣泛好評(píng)；制備的沖浪板、滑雪板提高了舒適性；制備的擊劍服、冰球襪、冰上項(xiàng)目防護(hù)服等，提高了安全性；制備的滑翔傘索質(zhì)輕、強(qiáng)度高，佩戴方便；制備的球拍具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、彈性好等特點(diǎn)。利用UHMWPE 纖維制備的登山襪，具有柔軟、輕巧、耐磨、防扎等特點(diǎn)。隨著體育事業(yè)和全民健身活動(dòng)的發(fā)展，UHMWPE 纖維在此領(lǐng)域的應(yīng)用將越發(fā)廣泛。

5.6 服裝家紡

UHMWPE 纖維柔軟性好，特別是采用干法紡絲技術(shù)制備的細(xì)特纖維，導(dǎo)熱性和導(dǎo)濕性明顯。隨著人們生活水平的提高，對(duì)舒適性也提出了更高的要求，UHMWPE 纖維制成的紡織品和服飾受到市場(chǎng)普遍關(guān)注。例如，采用UHMWPE 纖維做成的冰涼墊、涼席等被用于家居和汽車領(lǐng)域，在炎熱夏季提高了人們的涼爽感；做成的清涼服、涼鞋等，同樣提高了夏季戶外運(yùn)動(dòng)的舒適性；做成的宇航服，具有優(yōu)異的耐輻射、耐低溫等特性。

5.7 增強(qiáng)材料

UHMWPE 纖維單絲強(qiáng)度高、抗撕裂、耐摩擦，可以用于各類非高溫條件下的增強(qiáng)材料。例如，纖維編織于光纜材料外層，可以顯著提高光纜抗拉強(qiáng)度，穿線布線時(shí)不易折斷；消防水帶生產(chǎn)過(guò)程中添加此纖維，有利于提高水帶抗拉、耐磨能力；UHMWPE 短纖加入到混凝土中，能改善混凝土的脆性，使其具有高延性，在人工海島建設(shè)、路橋建設(shè)及修復(fù)、無(wú)筋建造與3D 打印樓房等方面具有巨大應(yīng)用前景。

5.8 雷達(dá)天線罩

在未來(lái)的電磁窗市場(chǎng)，更高頻率、幾乎零信號(hào)衰竭、便攜性需求等將挑戰(zhàn)傳統(tǒng)雷達(dá)罩材料。UHMWPE 纖維在各種電波頻率下均表現(xiàn)出優(yōu)異的介電性能，介電常數(shù)ε ≤3.0，介電損耗角正切tanδ=10-4。雷達(dá)天線罩用復(fù)合材料的選擇主要依據(jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即力學(xué)性能和介電性能。寬頻響應(yīng)已經(jīng)成為當(dāng)今雷達(dá)天線系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的一個(gè)重要表現(xiàn)，國(guó)外已經(jīng)將UHMWPE 纖維用于制備高性能雷達(dá)天線罩。例如，DSM 公司采用干法紡絲技術(shù)開(kāi)發(fā)的DyneemaST17，在寬泛頻率下，即從X 波段到毫米波段，可以更好地提高雷達(dá)天線系統(tǒng)的相容性和可預(yù)測(cè)性。

6 未來(lái)發(fā)展規(guī)劃

6.1 工藝革新

UHMWPE 纖維通過(guò)溶液紡絲制備而成，生產(chǎn)過(guò)程中溶劑、萃取劑等揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOCs）排放不可避免對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定影響，改善人員工作環(huán)境、降低污染物排放、消除危險(xiǎn)因素、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品附加值等成為各大企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。為此，今后將加大紡絲工藝研發(fā)投入，開(kāi)發(fā)新型紡絲工藝技術(shù)，例如發(fā)展熔融紡絲技術(shù)；提高單線產(chǎn)能，開(kāi)發(fā)關(guān)鍵設(shè)備，包括溶解設(shè)備、大型噴絲板等，提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品成本；尋找綠色良好溶劑，降低環(huán)境污染。

6.2 提高纖維品質(zhì)

以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，開(kāi)發(fā)差別化纖維。例如，纜繩市場(chǎng)對(duì)低蠕變纖維具有更高要求，這就需要針對(duì)性開(kāi)發(fā)溶劑殘留量低、蠕變性能好的纖維；紡織服裝領(lǐng)域?qū)w維的柔軟性和導(dǎo)熱、導(dǎo)濕性提出新的要求，則需開(kāi)發(fā)細(xì)特異性截面等特性纖維；醫(yī)用縫合線需要纖維具備不勻率低、強(qiáng)度高、溶劑無(wú)殘留、純度高等特性，目前該品種纖維只有國(guó)外DSM 公司能夠生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相關(guān)產(chǎn)品的報(bào)道。又如，UHMWPE 纖維結(jié)晶度高，表面染色困難，開(kāi)發(fā)有色纖維紡絲工藝可以很好解決這一問(wèn)題。相信隨著超高分子量聚乙烯有色纖維的開(kāi)發(fā)，紡織面料的種類也日益豐富，市場(chǎng)前景良好。再如，Toyobo 公司開(kāi)發(fā)了超高分子量聚乙烯纖維和其他特種纖維復(fù)合制成的高熱傳導(dǎo)率織物ICEMAX?，觸感冰涼且能快速散熱，已用于企業(yè)員工工作服面料，另外，ICEMAX?的應(yīng)用也正在向?qū)嬀叻矫嫜由?。研究表明，UHMWPE 纖維中含有無(wú)機(jī)粉體，雖然強(qiáng)度和模量有所降低，但是纖維的耐切割性能大幅提高，用其編織的手套耐切割能力達(dá)到五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外DSM 公司于2013年下半年推出的“世界上最強(qiáng)的耐割纖維——鉆石紗”，受到市場(chǎng)普遍歡迎，該纖維便是在紡絲過(guò)程中通過(guò)添加含有SiO2、CaO 等無(wú)機(jī)材料制備而成的。

6.3 擴(kuò)大市場(chǎng)

經(jīng)過(guò)近十年的產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)UHMWPE 纖維生產(chǎn)技術(shù)較為成熟穩(wěn)定，應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，但隨著產(chǎn)量的進(jìn)一步擴(kuò)張，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將不斷加劇，應(yīng)用領(lǐng)域正由國(guó)防軍工高端產(chǎn)品向民用領(lǐng)域方向發(fā)展，從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)向國(guó)際市場(chǎng)拓展，應(yīng)根據(jù)不同的市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)具有針對(duì)性的產(chǎn)品。

UHMWPE 纖維作為三大高性能纖維之一，無(wú)論在生產(chǎn)工藝的多樣性，還是在產(chǎn)品品種的多元化方面仍在不斷取得技術(shù)進(jìn)步。同時(shí)，國(guó)內(nèi)UHMWPE纖維廠家應(yīng)緊跟市場(chǎng)步伐，建立大數(shù)據(jù)平臺(tái)，上下游關(guān)聯(lián)企業(yè)信息共享，提高我國(guó)高性能材料的創(chuàng)新發(fā)展和先進(jìn)高端材料的低成本普及，促進(jìn)我國(guó)高性能聚乙烯纖維的多品種開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。