超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維，是以分子量超過100萬的聚乙烯為原料，采用凍膠紡絲-超拉伸技術(shù)制備而成的，是目前已工業(yè)化纖維中比強(qiáng)度最高、密度最小的特種纖維。UHMWPE纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能，還具有密度小、耐候性好、耐化學(xué)腐蝕、耐低溫性、耐磨、耐彎曲、抗切割、比能量吸收高、低導(dǎo)電性，可透過x-射線及一定的防水性等特性，從而廣泛應(yīng)用于防彈防護(hù)、航空航天復(fù)合材料、海洋工程繩纜、以及遠(yuǎn)洋捕魚拖網(wǎng)、深海養(yǎng)殖網(wǎng)箱和體育用品器材、生物醫(yī)用材料等眾多領(lǐng)域。由于質(zhì)輕高強(qiáng)及比能量吸收高的特點(diǎn)，UHMWPE纖維已逐步取代芳綸，成為個(gè)體防彈防護(hù)領(lǐng)域的首選纖維。

一、最新研發(fā)進(jìn)展評述

根據(jù)采用溶劑的不同，目前UHMWPE纖維有兩種生產(chǎn)工藝路線，一種是以荷蘭DSM公司的DyneemaR  為代表的高揮發(fā)性溶劑(十氫萘)的干法凍膠紡絲工藝路線，簡稱干法路線；另一種是以美國Honeywell公司的SpectraR為代表的低揮發(fā)性溶劑(白油、礦物油等)的濕法凍膠紡絲工藝路線，簡稱濕法路線。干法路線十氫萘溶解效果好、紡絲速度快、工藝流程短，產(chǎn)品性能均勻性好，但干法路線溶劑成本高，要求生產(chǎn)設(shè)備密閉性好、控制要求高。濕法路線溶劑成本低、對生產(chǎn)設(shè)備要求低、萃取回收技術(shù)成熟，但濕法路線工藝流程長、紡絲速度低、產(chǎn)品性能均勻性稍低。

目前，高端應(yīng)用領(lǐng)域的UHMWPE纖維一直由荷蘭DSM公司引領(lǐng)。荷蘭DSM公司已開發(fā)更高力學(xué)性能的SK90，其強(qiáng)度達(dá)40cN/dtex以上。在耐蠕變性能方面，DSM的SK78已用于高強(qiáng)抗蠕變繩索，最近又成功研發(fā)超低蠕變纖維DM20，其在標(biāo)準(zhǔn)條件下長期使用蠕變伸長僅為0.5%左右，成功用于海上采油平臺(tái)的系泊纜繩。而國內(nèi)UHMWPE纖維強(qiáng)度基本低于38cN/dtex，在纖維抗蠕變方面與國外差距更大。

除了常規(guī)的兩種生產(chǎn)工藝路線之外，日本帝人公司在UHMWPE熔融擠出領(lǐng)域取得突破，研制的UHMWPE扁帶（tape）已在2012年產(chǎn)業(yè)化成功，產(chǎn)能為1000噸，商品名為EndumaxR，強(qiáng)度達(dá)25cN/dtex，模量1700cN/dtex以上。該產(chǎn)品抗拉模量提高近50%，尺寸穩(wěn)定性更好；制備過程中不使用溶劑，更節(jié)能環(huán)保，成本也更低，適于做工業(yè)用纜繩，尤其適合于離岸泊留和拖拽纜繩。DSM公司系列產(chǎn)品BT10主要用于防彈、纜繩等領(lǐng)域，SK17主要用于雷達(dá)天線罩。國內(nèi)目前還沒有開發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品。

二、國內(nèi)外對比分析

我國對于UHMWPE纖維的研究起始于上世紀(jì)80年代，東華大學(xué)和中國紡織科學(xué)院開展了濕法和干法工藝路線研究。其中濕法工藝于2000年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。目前，除儀征化纖采用干法路線，近30家企業(yè)采用濕法路線生產(chǎn)UHMWPE纖維。2016年多家UHMWPE纖維企業(yè)已投入滿負(fù)荷生產(chǎn)甚至擴(kuò)產(chǎn)。

目前國產(chǎn)UHMWPE纖維束絲強(qiáng)度35-37cN/dtex，強(qiáng)度不勻率為6%左右。DSM公司和Honeywell公司UHMWPE纖維強(qiáng)度已達(dá)到40cN/dtex以上，纖維強(qiáng)度不勻率均在3%左右。

國產(chǎn)纖維強(qiáng)度低及不勻率高的原因主要為UHMWPE樹脂分子量低、紡絲技術(shù)與國際先進(jìn)水平存在差距等。目前DSM公司和美國Honeywell公司UHMWPE纖維的分子量為250萬左右，國產(chǎn)纖維的分子量200萬左右。另外，國內(nèi)在樹脂粒度穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面與國外有一定差距，對于低纏結(jié)UHMWPE樹脂制備及其熔融擠出技術(shù)研究不足。

三、應(yīng)用前瞻

UHMWPE 纖維的常規(guī)應(yīng)用主要集中在防彈防護(hù)、高強(qiáng)繩纜和輕質(zhì)復(fù)合材料等領(lǐng)域。如用作防護(hù)材料的防彈衣、防彈頭盔、雷達(dá)防護(hù)罩、防彈裝甲、防刺服及防切割手套等；用作高強(qiáng)繩索的大型船舶纜繩、降落傘繩、牽引繩、登山繩等；制作復(fù)合材料應(yīng)用于坦克內(nèi)附壁緩沖材料、雷達(dá)天線罩、大型儲(chǔ)藏罐等；用作運(yùn)動(dòng)器械的弓弦、帆布、雪橇等，作為光纜補(bǔ)強(qiáng)材料、釣魚線及漁網(wǎng)等。

此外，隨UHMWPE纖維的高性能化和低成本化的發(fā)展，新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，如海洋采油平臺(tái)的系泊纜繩、航母拌索及各類艦艇的結(jié)構(gòu)材料等，低成本UHMWPE用于增強(qiáng)水泥復(fù)合材料等；與芳綸復(fù)合應(yīng)用制備更高防彈級別的防彈裝甲；與碳纖維復(fù)合應(yīng)用制成輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料，如DSM下屬公司Dyneema Carbon的Dyneema復(fù)合碳纖維材料，強(qiáng)度比常規(guī)碳纖維復(fù)合材料提高了50-100%，而且在抗拉伸、壓縮、彎曲方面都有更優(yōu)秀的表現(xiàn)。