由于具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐磨性、耐低溫、耐紫外線和耐腐蝕性等優(yōu)點，超高分子量聚乙烯纖維 （以下簡稱UHMWPE纖維）在航空航天、軍事防護、海洋工程及紡織等領(lǐng)域頗受歡迎，成為世界各國競相發(fā)展的戰(zhàn)略性新材料。
但是，我國UHMWPE纖維的發(fā)展之路卻并不平坦。作為軍民兩用新材料，多年來，我國UHMWPE纖維一直受制于國外，直到20世紀(jì)80年代，我國關(guān)于UHMWPE纖維的研究才展開。
東華大學(xué)教授王依民告訴中國工業(yè)報記者，1984年，東華大學(xué)成立了凍膠紡絲課題組，逐步攻克了聚乙烯凍膠紡絲技術(shù)，積累了豐富的小試、中試數(shù)據(jù)，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)工藝，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實基礎(chǔ)。
1998年，江蘇宏達 （現(xiàn)江蘇神鶴科技發(fā)展有限公司）開始進行UHMWPE纖維生產(chǎn)成套裝備及工程技術(shù)的研發(fā)工作，并于2005年與東華大學(xué)合作成立“工程技術(shù)研究所”，共同開發(fā)大產(chǎn)能成套技術(shù)及裝備。其與東華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的年產(chǎn)300噸耐熱抗蠕變UHMWPE纖維生產(chǎn)技術(shù)及成套裝備于2018年6月通過由中國紡織工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定，整體技術(shù)達到國際先進水平。
“2005年以來，在相關(guān)部門、單位、協(xié)會、企業(yè)的通力合作下，UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)化已取得突破性進展，在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、核心技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用拓展等方面取得了令人矚目的成就?！敝袊瘜W(xué)纖維工業(yè)協(xié)會副會長呂佳濱說道。
我國UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)化取得突破性進展
“目前國內(nèi)UHMWPE纖維企業(yè)主要有20多家，包括江蘇九洲星際、北京同益中、江蘇儀征化纖、浙江千禧龍纖、湖南中泰、寧波大成、連云港神特等，合計產(chǎn)能約4.1萬噸，總產(chǎn)能已超過國外總和，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)也已具備較強市場競爭力?！眳渭褳I介紹。2005-2022年期間，我國UHMWPE纖維產(chǎn)能從2000噸左右增至約42000噸，年均增速19.6%；產(chǎn)量從800多噸增至31000噸，年均增速24.0%，同時我國UHMWPE纖維總產(chǎn)能在全球產(chǎn)能的占比由2005年的8%提高到2022年的67%以上。整體上看，我國UHMWPE纖維產(chǎn)量和質(zhì)量水平已居世界前列。
在產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷攀升的同時，我國UHMWPE纖維的技術(shù)裝備也在不斷提升。王依民介紹：“我國UHMWPE纖維行業(yè)已形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的濕法紡絲和干法紡絲技術(shù)，且技術(shù)體系逐漸完善，生產(chǎn)效率進一步提升。我國UHMWPE纖維差別化、功能化技術(shù)進一步提升，高強、細(xì)旦、耐熱、抗蠕變等新產(chǎn)品持續(xù)滿足繩纜網(wǎng)、手套、防彈和紡織等領(lǐng)域應(yīng)用需求，特別是UHMWPE纖維專用樹脂技術(shù)實現(xiàn)新突破，產(chǎn)量和品質(zhì)大幅提高，支撐了纖維質(zhì)量穩(wěn)定性提高和高等級產(chǎn)品開發(fā)?！?/p>
在市場應(yīng)用方面，我國UHMWPE纖維也逐漸走向多元化。目前，國內(nèi)UHMWPE纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域是繩纜網(wǎng)、手套、防彈和家紡四大領(lǐng)域，合計用量約占80%以上。2022年國內(nèi)UHMWPE纖維產(chǎn)量約為3.1萬噸，市場呈現(xiàn)產(chǎn)銷兩旺、量價齊升的良好態(tài)勢。而且近年來防彈領(lǐng)域市場需求旺盛，對防彈級纖維需求大幅增加，用量增長約3倍，且纖維價格年內(nèi)持續(xù)攀升。此外，UHMWPE纖維在登山繩、球拍網(wǎng)線、滑雪板等體育器材領(lǐng)域，以及床墊、涼席、被罩等家用紡織品領(lǐng)域也實現(xiàn)了應(yīng)用。
值得一提的是，在國際貿(mào)易方面，我國UHMWPE纖維也顯現(xiàn)出較強優(yōu)勢。呂佳濱分析，一是國外UHMWPE纖維每年進口量為100噸左右，僅占國內(nèi)應(yīng)用總量的0.6%，表明國 產(chǎn)UHMWPE纖維已占據(jù)國內(nèi)絕大部分市場，并得到下游客戶廣泛認(rèn)可。二是2015-2022年 ，我國已累計出口UHMWPE纖維共計26258.6噸，年出口量平均約占國內(nèi)產(chǎn)量的近20%，表明國產(chǎn)UHMWPE纖維已具有較強的國際競爭力。
UHMWPE纖維行業(yè)仍存三項短板
目前，我國UHMWPE纖維行業(yè)在逐步發(fā)展的過程中已具備一定國際競爭優(yōu)勢，行業(yè)已不存在明顯 “卡脖子”環(huán)節(jié)，但不可否認(rèn)，與國外先進水平相比，我國UHMWPE纖維行業(yè)仍存在短板。
王依民認(rèn)為，一是產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟度尚需提高。雖然我國UHMWPE纖維核心技術(shù)不斷突破，產(chǎn)品系列不斷豐富，但產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性仍有待于進一步提高，特別是后道使用工藝性和復(fù)合性能亟待解決。
二是中高端產(chǎn)品供給不足。目前國內(nèi)UHMWPE纖維已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品主要集中在強度為35cN/dtex左右的產(chǎn)品，強度大于40cN/dtex以上的超高強、耐熱抗蠕變、高耐切割等功能性纖維產(chǎn)品仍缺乏。
三是國產(chǎn)裝備綠色化、規(guī)?；?、自動化水平有待加強。國內(nèi)已突破UHMWPE纖維成套裝備的設(shè)計制造技術(shù)，但單線產(chǎn)能以150-300噸為主，且生產(chǎn)能耗和三廢排放較高，輔料回收水平需進一步提高。此外，生產(chǎn)過程中涉及的物料輸送、車間物流、包裝倉儲和信息流轉(zhuǎn)等環(huán)節(jié)的數(shù)字化水平仍需提升。
多舉措推進UHMWPE纖維發(fā)展
如何進一步推動我國UHMWPE纖維行業(yè)發(fā)展？
在王依民看來，要加強技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)差異化發(fā)展。圍繞UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，結(jié)合不同應(yīng)用領(lǐng)域需求，開發(fā)超高分子量聚乙烯纖維高效溶解、抗蠕變專用樹脂，重點研發(fā)耐熱抗蠕變、超高強度 （≥40cN/dtex）和超高模量（≥1600cN/dtex）及高耐切割性能的超高分子量聚乙烯纖維的關(guān)鍵制備技術(shù)和專用設(shè)備。加強細(xì)旦、高耐磨、中低強度、有色等差別化產(chǎn)品研發(fā)力度。開發(fā)環(huán)保溶劑、無固廢產(chǎn)生溶劑回收技術(shù)，及綠色環(huán)保的低成本生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)和裝備，大幅降低生產(chǎn)成本，拓寬產(chǎn)品在民用和海洋產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。研發(fā)適合工業(yè)化生產(chǎn)的新型改性技術(shù)，提升纖維界面粘結(jié)性能，提高復(fù)合材料力學(xué)性能。
呂佳濱則建議，要加強融合創(chuàng)新，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。以行業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)為依托，以重大項目為抓手，以保障產(chǎn)業(yè)鏈安全，滿足國家戰(zhàn)略需求為目的，持續(xù)推動超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)突破，穩(wěn)步提升纖維質(zhì)量穩(wěn)定一致性，推動UHMWPE纖維與醫(yī)療、電子等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)突破與交叉融合，實現(xiàn)跨領(lǐng)域協(xié)同研發(fā)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為國防軍工、航空航天、電子信息、生物醫(yī)療、深海養(yǎng)殖、交通運輸?shù)汝P(guān)鍵領(lǐng)域提供高性能、多功能纖維材料及制品，形成系統(tǒng)解決方案。
同時，需要加強設(shè)計創(chuàng)新，提升數(shù)字化、綠色化水平。順應(yīng)當(dāng)前智能化、綠色化、高端化發(fā)展大趨勢，加快應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，推進自動配料、外觀檢測、自動包裝及立體倉儲等示范應(yīng)用，不斷推動行業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，鞏固提升產(chǎn)業(yè)國際競爭優(yōu)勢。同時，加大萃取、溶劑回收技術(shù)研發(fā)，降低能耗物耗和 “三廢”排放，助力“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)實現(xiàn)。
此外，要加強標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新，優(yōu)化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系框架。圍繞安全防護、深海養(yǎng)殖等應(yīng)用領(lǐng)域，通過應(yīng)用牽引，制定符合中國市場特性、國產(chǎn)UHMWPE纖維特點的自主標(biāo)準(zhǔn)體系，促進產(chǎn)業(yè)鏈上下游間的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套，推動國產(chǎn)UHMWPE纖維規(guī)?；瘧?yīng)用；推動上下游關(guān)聯(lián)企業(yè)信息共享，構(gòu)建行業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，為UHMWPE纖維創(chuàng)新發(fā)展提供支撐；持續(xù)發(fā)揮團體標(biāo)準(zhǔn)獨特作用，完善UHMWPE纖維抗蠕變、耐切割等性能測試標(biāo)準(zhǔn)，滿足下游應(yīng)用多樣化、快速化需要，拓展國產(chǎn)UHMWPE纖維加快應(yīng)用。（記者 馬艷）
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