聚乙烯纖維 向多領域拓展的求生法則

　　高強高模聚乙烯纖維具有非同一般的高強“性格”，我們用一把不銹鋼剪刀剪高強高模聚乙烯纖維，在連續剪一分鐘后刀口就會鈍化。此外，高強高模聚乙烯纖維在水中的自由斷裂長度為無限長，在粗細相同的情況下，它能承受的最大質量是鋼絲繩的8～10倍，這種聚乙烯纖維的強度比鋼高15倍。若按質量計算，其強度比芳綸高40%，可稱之為當今世界上強度最高的纖維。因此它也成為繼碳纖維、芳綸纖維之后的第三代超高強度纖維。

　　國際上，高強聚乙烯纖維及其復合材料產品的主要應用領域包括：國防軍需，如飛機、坦克、裝甲車及各類戰車、艦艇、輕質防彈裝甲板材;安全防護，如輕質防彈衣、輕質防彈頭盔、防刺衣、防切割服裝面料、防切割手套等;海洋工程，如艦艇、船舶、遠洋捕魚、深海天然氣、石油鉆探平臺拉索的高強繩纜和漁網等。此外，由高強聚乙烯纖維制得的高性能復合材料還在航空、航天以及體育器材等領域得以應用，具有廣闊的發展前景。

　　目前我國自主生產的高強高模聚乙烯纖維已成功應用到軍警用防彈衣、防彈頭盔和防彈板，用其做成的防彈衣質量比傳統的防彈衣重量輕且強度高，可以說，它在安全防護行業發揮了巨大價值。此外，“神五”的降落傘系統也應用了該項技術。但目前受成本及開發能力的限制，國內產品應用范圍仍局限于傳統的安全防護及繩纜行業。

　　兩家與十家的較量

　　目前，我國是既荷蘭、美國之后的第三個能夠生產高強高模聚乙烯纖維的國家。這兩個國家的代表企業分別是荷蘭的帝斯曼(DSM)公司和美國的霍尼韋爾(HONEYWELL)公司。在高強高模聚乙烯纖維領域的知名品牌Dyneema就是由帝斯曼公司所有。帝斯曼公司已經成為是世界上Dyneema品牌高性能聚乙烯(HPPE)纖維最大的生產商。霍尼韋爾公司是繼帝斯曼公司之后，第二家成功實現高強聚乙烯纖維的產業化生產的公司。雖然該公司的高強聚乙烯纖維斷裂強度比不上帝斯曼公司的同類產品，但其在模量上卻超過了后者。在下游應用方面，霍尼韋爾公司在防彈領域的研究居于領先地位，目前廣泛用于防彈衣和防彈頭盔方面的高強聚乙烯纖維無緯布，就是由霍尼韋爾率先研制成功的。

　　荷蘭帝斯曼公司為保持全球的領先地位，不僅在研發上投入大量資金，同時也在世界范圍內開設分廠，以滿足不同區域、不同領域的客戶需求。據來自上海金秋能源石化工作室的資料表明，自上世紀90年代以來，帝斯曼公司的高強聚乙烯纖維產能一直保持快速增長，2008年其位于歐洲和美國的工廠產能達到4500噸/年，日本合資工廠產能達到1600噸/年(與日本東洋紡公司合資)。2010年帝斯曼公司位于歐洲和美國工廠的高強聚乙烯纖維產能將達到6000噸/年，日本合資工廠產能也將達到3200噸/年。此外，該公司還擁有專門的應用研究及市場開發團隊，其對高強聚乙烯纖維應用領域的拓展起著引領作用。

　　而霍尼韋爾公司的高強聚乙烯纖維產能截至2009年也達到了1000噸/年，預計2010年其產能將達到3000噸/年。

　　反觀我國，據不完全統計，目前已知的能夠生產高強高模聚乙烯纖維的企業就有十家之多，它們分別是北京同益中特種纖維技術開發有限公司、湖南中泰特種裝備有限責任公司、寧波大成新材料股份有限公司、儀征化纖公司、上海斯瑞聚合體科技有限公司、江蘇常熟繡珀纖維有限公司、山東愛地高分子材料有限公司、杭州東南化纖有限公司、杭州翔盛紡織有限公司、北京威亞高性能纖維有限公司。這些企業中，有的屬于國有企業，有的屬于民營資本企業。

　　這些企業在與高校、科研院所聯手合作的基礎上，在高強高模聚乙烯纖維的研發、產業化的道路上，也取得了程度不同的業績。

　　寧波大成公司是較早實現高強聚乙烯纖維產業化的生產企業。它的產業化研究始于1996年。在技術方面，為回避國外的專利技術，該公司與東華大學聯手攻關，最終形成了包括工藝路線、紡絲溶劑和生產設備等在內的全套自主知識產權技術體系。截至2009年底，寧波大成已形成年產高強聚乙烯纖維1500噸，防彈衣、防彈頭盔20萬套，各類防彈裝甲板材300噸，防切割手套600萬雙，高強度繩索300噸，高性能復合材料用基布200噸的生產規模，其產品大部分用于出口。目前，英國駐伊拉克部隊、駐科威特部隊，拉克新政府軍隊及警察、沙特阿拉伯部分軍隊都在使用寧波大成制造的防彈裝備。

　　目前，高強高模聚乙烯纖維有兩種工藝技術路線，一條是以高揮發性溶劑干法凝膠紡絲工藝路線，簡稱干法路線;一條是以低揮發性溶劑濕法凝膠紡絲工藝路線，簡稱濕法路線。干法紡絲工藝生產的高強高模聚乙烯纖維中溶劑含量少、強力高，抗蠕變性能好，故而多用于高端產品。與濕法工藝相比，干法紡絲工藝具有流程短、生產工藝環保、產品綜合性能指標高等特點，因此，此項技術一直被帝斯曼公司為代表的國外企業壟斷。

　　被列為中國石化“十條龍”攻關項目，由儀征化纖公司、南化集團公司研究院、中國紡織科學研究院聯合開發的300噸/年高性能聚乙烯纖維干法紡絲工業化成套技術于2009年11月通過中國石化股份公司組織的技術鑒定。該項技術的開發成功，填補了國內高性能聚乙烯纖維干法生產工藝空白，打破了國外的技術壟斷。

　　據東華大學化學纖維研究所教授劉兆鋒介紹，目前我國的高強高模聚乙烯纖維的產能已占世界總產量的1/3左右。由此可以推測，我國十家企業的總產量只占世界1/3的產量，而帝斯曼與霍尼韋爾兩家公司則占到2/3的產量，這表明我們的企業規模小、產量低。

　　千元與萬元的差距

　　據調查，在國內出現高強高模聚乙烯纖維庫存積壓、低價競爭的背后，則是企業利潤率低、設備開工不足的尷尬局面。

　　據了解，有的國內企業銷售一噸高強高模聚乙烯纖維的利潤只有1000元左右，而國外一噸產品的利潤則高達3~4萬元。

　　同是高科技纖維，為什么我們的利潤如此之低?扣除品牌影響力外，產品質量則是橫亙在高低利潤間的一道不好逾越的鴻溝。東華大學劉兆峰教授認為，和國外同類產品相比，我國生產的產品在纖維強度和纖度方面不勻率較高;樹脂質量不穩定，缺少纖維級專用樹脂;纖維力學性能不足，指標僅達到發達國家同類產品的中等水平;缺乏纖維表面改性技術，導致復合材料性能不高;單套設備產能偏低，容易引起纖維質量波動等。

　　上海金秋能源石化工作室創辦人錢伯章分析認為，雖然預計未來10年全球高強聚乙烯纖維年需求量將達到10萬噸，由此帶動纖維直接產值300億元人民幣，下游制品產值1000億元人民幣，但目前受成本及開發能力的限制，國內產品應用范圍仍局限于傳統的安全防護及繩纜行業，新的應用領域有待于進一步開發和培育。由于下游領域開發進度趕不上產能擴張速度，目前國內已經出現了大量產能過剩和設備閑置的狀況，生產商大都存在開工不足的問題。

　　產品方面，雖然目前企業已經積累了許多寶貴的生產經驗，但產品質量至今仍未能達到理想的狀態。目前國內高強聚乙烯纖維行業尚處于發展初期，市場主體發育尚不成熟，大多處于自發盲目的狀態。受制于資金條件，不少企業為盡快獲取投資回報，在設備投入和產品研發方面采取節省的辦法，這勢必會給其產品品質帶來很大負面影響，甚至陷入惡性循環。

　　為實現高強聚乙烯纖維產業的可持續發展，不少專家建議當務之急應當實現產學研結合，通過科技攻關提升樹脂及產品質量，改進其耐熱性和抗蠕變性能，擴大高強聚乙烯纖維的適用范圍;開辟新的生產工藝和制造方法，努力降低制造成本，降低產品價格;加強行業自律，避免無序投資和產能浪費;重點加強高強聚乙烯纖維復合材料方面的研究力度，拓展高強聚乙烯纖維在民用領域，如大型風電葉片加強芯材、建筑結構物補強、光纜補強以及醫用材料方面的應用。

　　以醫療用制品為例，帝斯曼公司開發出的一種高強聚乙烯纖維Dyneema Purity系列產品，該纖維柔性好，耐磨損，制成手術縫合線后和同等強度的聚酯線相比，直徑為后者的1/2。該纖維還可用于制造介入療法和內窺鏡手術用導管，目前國內大量使用的是進口產品，價格昂貴，如果國內能生產同類導管，必將獲得巨大經濟效益。

　　知道差距，更能奮進。相信在下一個五年，我國的高強高模聚乙烯纖維在應用的廣度和產品的品質上會有一個質的提升。