編者按：近日，超高分子量聚乙烯纖維產業鏈創新論壇暨分會年會在江蘇鹽城召開。本次會議由中國化學纖維工業協會主辦，中國化學纖維工業協會超高分子量聚乙烯纖維分會、江蘇神鶴科技發展有限公司承辦。會議以「凝聚行業共識促進協同發展」為主題，探討了我國超高分子量聚乙烯纖維行業的現狀、存在的問題以及未來發展趨勢。
作為與碳纖維和芳綸齊名的三大高性能纖維之一，超高分子量聚乙烯纖維是目前世界上比強度和比模量最高的纖維，其比強度是同等截面鋼絲的10多倍，比模量僅次於特級碳纖維，是關係到國家安全和經濟發展的重要戰略性高性能材料。
據東華大學材料科學與工程學院教授王依民介紹，超高分子量聚乙烯纖維最初是由英國利茲大學的I.M.Ward教授於上世紀70年代初用熔融紡絲法獲得。中國自1984年起開始對該種纖維進行研究，並自1997年起分別在浙江大成與北京中紡投、1999年在湖南中泰實施規模化擴試和生產。
在超高分子量聚乙烯纖維產業發展初期，世界上工業化生產超高分子量聚乙烯纖維的企業主要是荷蘭帝斯曼、美國霍尼韋爾和日本東洋紡3大公司。隨著中國取得自主智慧財產權，超高分子量聚乙烯纖維的生產技術得以快速提升。
目前，世界超高分子量聚乙烯纖維總生產能力約為3.58萬噸/年，其中，荷蘭約為0.6萬噸/年，美國約為0.3萬噸/年，日本約為0.32萬噸/年，中國約為2.36萬噸/年。
行業步入良性發展軌道
目前，中國超高分子量聚乙烯纖維企業約有20多家，除了年產能實現千噸級的8家外，多數企業的年產能還在千噸級以下。
湖南中泰特種裝備有限責任公司是國內率先實現超高分子量聚乙烯纖維千噸級產業化生產的企業。據該公司董事長高波介紹，其生產的超高分子量聚乙烯纖維及無緯布、防彈防刺服等系列產品質量已達到國際先進水平，是世界首創超高分子量聚乙烯纖維防彈、防刺材料產業化生產的企業。此外，中泰還是國內首次實現連續式寬幅超高分子量聚乙烯纖維無緯布產業化製備的企業，實現了我國軍警用防護材料的自主化。
產業的發展離不開生產設備與技術的進步。目前，中國生產超高分子量聚乙烯纖維的企業所用的工程技術與裝備90%都來自江蘇神鶴科技發展有限公司。中國化學纖維工業協會超高分子量聚乙烯分會會長、江蘇神鶴科技發展有限公司董事長郭子賢深知，當今世界日新月異，只有不斷創新，企業才能持續發展下去。他表示：「神鶴是我國第一家參與研發超高分子量聚乙烯纖維成套裝備技術的企業，經過不懈努力，我們不斷優化工藝，改進設備，解決了超高分子量聚乙烯纖維在生產中遇到的各種難題。如通過裝備手段解決了紡絲溶液製備過程中遇到的大分子纏繞現象，並利用多年來在化纖設備領域積累的經驗，公司研發出紡絲後段高效、安全的萃取、乾燥專用設備以及適應超高拉伸的專用裝備。」
據介紹，神鶴根據纖維生產工藝的要求，從前紡到後紡，經過近20年的研究、摸索，於2013年成功開發了單機年產能30~300噸的產業化工程技術，打破了國際壟斷，填補了國內該領域產業化裝備的空白。繼而通過改進工藝、簡化流程、提高品質和生產效率，將噸纖維生產成本從原來的20多萬元降到了6萬元左右。
「目前，神鶴正式推出了第四代生產線，該生產線具有工藝控制要求高、設計和加工難度大、裝備製造精度高等特點，解決了超大型箱體在紡絲過程由於溶體壓力和溫度分配不均所造成的紡絲條幹形變等直接影響產品質量和穩定生產的重大難題。」郭子賢說道。
在中泰、神鶴等龍頭企業的帶動下，經過多年發展，我國超高分子量聚乙烯纖維行業取得了重大突破。中國紡織工業聯合會副會長、中國化學纖維工業協會會長端小平將之歸納為以下3點：第一，國產超高分子量聚乙烯纖維已具備規模化生產能力，擁有自主智慧財產權的幹法和溼法兩種製備技術，產品質量達到國際先進水平，國際市場競爭力不斷提高，纖維及製品出口超過50%。第二，超高分子量聚乙烯纖維產業鏈的新產品研發頻率不斷加快，高品質樹脂、高強度纖維、細旦化纖維等產品極大滿足了國內纜繩、防彈、手套三大領域的應用需要，特別值得一提的是民用市場的拓展，下遊面料企業利用超高分子量聚乙烯纖維良好的導熱性能開發了純紡機織布，用於涼蓆、床單等家用紡織品的面料，具有較好的涼感性能，在市場中保持增長態勢。在此基礎上，近兩年，超高分子量聚乙烯纖維行業保持了良好的發展態勢，全國的產量突破9000噸，全行業開工率在70%以上，各應用領域用量都有不同程度的增長。第三，企業效益持續改善，行業重點企業保持了較好的贏利水平，生產經營狀況整體好轉，行業已逐步進入良性發展軌道。
未來應用前景十分廣闊
在高性能纖維市場上，由於超高分子量聚乙烯纖維具有眾多優異特性，從海上油田的系泊繩到高性能輕質複合材料方面均顯示出極大的優勢，在現代化軍事和航空、航天、海域防禦裝備等領域也發揮著舉足輕重的作用，因此發展十分迅速。高波表示，上世紀80年代以前，其世界平均年增長率為8.5%，進入80年代以後，其年平均增長率高達15%~20%，而中國的平均年增長率在30%以上。
據了解，目前，我國國產高強型超高分子量聚乙烯纖維在綜合性能上相當於荷蘭帝斯曼公司的Sk7系列產品，基本了滿足了防彈、防爆、防切割等應用需求。
隨著技術的進步，超高分子量聚乙烯纖維無論是在軍工還是民用領域的應用越來越廣。談到其未來的市場前景，江蘇九九久特種纖維製品有限公司董事長楊建文表示十分看好。他說：「超高分子量聚乙烯纖維在防彈頭盔、防彈衣、戰地醫院、戰地帳篷、防護手套、船用繩纜、甲板防彈、鞋面、混凝土、橋梁防護、風力發電等領域都會有較好的發展前景。以切割旅遊鞋為例，每年世界上大約生產旅遊鞋160億雙，以每雙需要超高分子量聚乙烯纖維50克計算，將是一個非常可觀的市場。」
據了解，九九久目前的年產能為4000噸，產銷率幾乎達到100%。目前，該公司有將近1萬噸的三期工程正在建設中，預計2019年能形成14000噸的實際產能。
北京航天安泰科技有限公司副總經理楊穎從防護產品領域分析道：「目前，在全球防彈衣市場中，中國產品佔比為70%，前景十分看好。很期待超高分子量聚乙烯纖維能在耐熱性能上得以提升，那時，中國防護產品的市場前景將更為廣闊。」
上海海春紡織科技有限公司主要運用了超高分子量聚乙烯纖維的冰涼感特性，將其應用在床墊、枕套等家紡產品中，其產品深受國際市場青睞。在研發中，該公司和上遊紗線企業逐步解決了超高分子量聚乙烯纖維在織布中易斷裂、易損傷設備、難切割及顏色單一等問題，逐步改善了產品的品質，豐富了產品的品類。該公司董事長陳波表示，2017年，公司冰涼絲用量達1000噸，預計2018年對該纖維的需求量還會有比較大的提高。
上下遊攜手推動行業進步
值得指出的是，前景看好的超高分子量聚乙烯纖維仍存在很大的提升空間。「目前，超高分子量聚乙烯纖維產量低，生產成本高，最大力學性能遠未達到，尤其是在強度方面。另外，其抗蠕變、耐熱性以及與基材的親和性有待提高，該纖維對時間的依賴性太強，短期負荷衝擊性能較好，但長期負荷會表現出明顯的蠕變。從這個角度講，超高分子量聚乙烯纖維不是真正意義上的高性能纖維。」王依民說道。
超高分子量聚乙烯纖維存在的這些缺點大大限制了其應用領域的進一步拓展，是當前也是今後一段時間內亟待解決的技術難題。對此，神鶴已從工藝和裝備方面取得了一定的成績。「近幾年，我們通過深入了解和掌握客戶需求，及時調整研發方向，從而確立了以進一步降低生產成本，提高產品品質，克服以往斷點平衡的工藝路線的缺點，消除了既有工藝路線所造成的纖維各項指標不穩定的局面。」郭子賢說道。
據了解，神鶴自2015年開始有針對性地組織科研人員加大研發力度，在國內首家研發出耐高溫抗蠕變纖維、多系列染色纖維、高等級耐切割纖維等差別化工藝和裝備技術，使其應用領域不斷擴寬，其中，應用於光纜與高溫複合材料行業的耐高溫抗蠕變纖維和高等級耐切割纖維的產業化技術已初具成熟。
郭子賢表示：「我們已確立了以綠色環保、低運行成本為載體的生產線作為未來研發方向和推廣重點，研發目標定位於接近常規化纖的產能和成本，大力拓展民用領域，替代高強滌綸和尼龍等產品，發揮超高分子量聚乙烯纖維的強度高、抗紫外線能力強、耐腐蝕等特性，逐步擴展遠洋捕撈、海洋養殖市場，在突破低成本生產裝備之上，植入耐高溫抗蠕變、超高強、耐切割等纖維工藝技術，應用於鑽井平臺和超大型船舶，為客戶提供差別化、低生產成本的裝備技術，使超高分子量聚乙烯纖維得到更加廣泛的應用。」
與荷蘭、美國、日本等發達國家相比，中國超高分子量聚乙烯纖維仍存在產品質量不穩定、系列化程度低、附加值不高、高端產品供給不足等問題。對此，中國工程院院士蔣士成認為，未來，可形成相關技術聯盟、技術中心，為超高分子量聚乙烯纖維的研發提供支持。在研發過程中，通過加強與市場的對接，使超高分子量聚乙烯纖維在產品性能、品種、質量等方面更上一個新臺階。
在東華大學研究院副院長王華平看來，推動現代信息技術在高性能纖維行業應用是行業轉型升級的必經之路和重點發展方向。超高分子量聚乙烯纖維產業應特別關注發展生產流程的信息化、智能化及產品的可追溯性。他認為，規模化和智能化的有效結合，將更有利於超高分子量聚乙烯纖維行業的技術進步。
行業的進步還離不開國家相關政策的支持。對此，中國化學纖維工業協會副會長賀燕麗表示，從國務院到各部委出臺的多項產業政策中，新材料、高性能纖維都是備受關注和支持的產業。近期，工信部原材料司啟動了重點新材料首批次應用保險補償機制試點工作，不僅對原料上遊企業給予保險，對使用上遊產品失敗的下遊企業也將給予保險，且保險額度中80%源於中央財政，這對整個行業來說是一大利好消息。「國家除了對高性能纖維及製品在政策上給予支持外，還須給下遊企業支持，使上下遊協同發展，讓超高分子量聚乙烯纖維更好地服務於我國的國防、航空和民生經濟。」賀燕麗補充道。
對於上下遊的協同發展，端小平也比較認同。他指出，在產業發展過程中，要把原料企業全部吸納進來，因為原料企業對產品的開發和質量的提升影響較大。此外，要把技術進步的方向聚焦在低成本和高溫抗蠕變上，因為這關係到超高分子量聚乙烯纖維未來的市場規模。同時，行業須理性、有節奏地發展，避免惡性競爭。