超高分子量聚乙烯纤维（Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber，UHMWPE）与碳纤维和芳纶纤维并称世界“3大高科技特种纤维”，UHMWPE又被称为“高强高模聚乙烯纤维”或“高性能聚乙烯纤维”。
目前，在全球所应用的纤维材料中，UHMWPE的比强度和比模量最高，具有质量最轻、化学稳定性良好，耐弯曲性、抗疲劳性和抗切割等性能优良。UHMWPE因在军事防弹防爆、雷达罩、航天器返回舱降落伞绳缆等国防军工和航空航天等重要领域被广泛应用，因此UHMWPE被视为重要的战略材料。近些年，UHMWPE在民用领域的应用也在逐渐扩大，如航海装备、轨道交通、工具制造和防护用品等领域，因此其未来市场前景被一致看好。随着国内UHMWPE技术和产业的快速发展，这一材料已日渐显现出突破国外对我国高端产品封锁的迹象，国外想“卡”也卡不住。
为更好地了解我国UHMWPE的发展现状和未来的发展趋势，本刊专访了中国纺织科学研究院有限公司（以下简称“纺科院”）原副总工程师、生物源纤维制造技术国家重点实验室主任孙玉山。
国内UHMWPE产品已占全球半壁江山
孙玉山向本刊记者介绍，最早由荷兰皇家帝斯曼集团（DSM）在1979年成功开发出凝胶纺丝制备UHMWPE方法，在1990年左右实现了规模化生产，目前产能6 000t左右，其生产的UHMWPE产品性能最佳，质量最好，是UHMWPE领域的“老大”；其次是日本的东洋纺织株式会社（以下简称“东洋纺”）产能3200t；第三是美国的霍尼韦尔公司，产能在3000t左右。“这3家企业的产品代表了目前全球UHMWPE产品的最高水平，但是这3家企业的产能总和却没有国内多。为什么要先说这几家企业，一是因为他们的产品整体性能和质量确实要高于国内多数产品；二是，因为在2000年以前，全球UHMWPE产品基本被这3家企业垄断，2000后国内UHMWPE实现了产业化，他们的市场垄断地位才逐渐被打破。”
1999—2000年间，由浙江宁波大成新材料股份有限公司（以下简称“浙江大成”）、北京同益中新材料科技股份有限公司和湖南中泰特种装备有限责任公司（以下简称“湖南中泰”）相继在这期间实现UHMWPE的规模化扩试和产业化。孙玉山说：“国内UHMWPE产业化生产的技术路线分干法和湿法，中国石化仪征化纤股份有限公司（以下简称“仪征化纤”）是国内唯一一家利用干法生产UHMWPE的企业，其余企业都是湿法生产。”据了解，仪征化纤的干法路线就是源于纺科院的技术成果落地项目，纺科院在1984年就已经开始对UHMWPE进行了研究。而如浙江大成和湖南中泰等国内其他UHMWPE生产企业的湿法产业化技术，则是现在的东华大学前身——华东纺织工学院在1985年在国内首创。
据相关机构统计数据显示，截至2018年，全球UHMWPE产能约3.58万t/a，除3家国外企业外，国内30余家UHMWPE生产企业的总产能约2.36万t/a，占世界总产能的2/3。国内UHMWPE产能过1000t的生产企业有山东爱地高分子材料有限公司、湖南中泰、九九久、上海斯瑞聚合体科技有限公司、浙江大成、仪征化纤。
从目前全球UHMWPE产能看，市场还远未达到饱和程度。据悉，至2021年，全球UHMWPE需求量将突破11万t，巨大的市场空间必然带动企业增产提效和降低成本。从不同用途的UHMWPE产品价格来看，价格最高的是超高强度UHMWPE和医用UHMWPE，这2类产品在强度、模量、纤度等指标都有较高要求，产品基本被DSM垄断。尤其是DSM超高强度UHMWPE——SK99是限制出口的物品。除此之外，我国其他UHMWPE种类的纤维产品已基本与DSM水平接近或相当，能够实现自给自足。
孙玉山说，国外UHMWPE从研究到产业化用了11年，我国研究时间较晚而产业化时间也较长，用了十四五年，但我们追赶的速度很快。一方面源于我国化纤行业发展较早，具备了一定的产业基础；二是，近些年，企业更加注重与高校和研究机构的合作，随着科研队伍整体水平的提升，高校、科研机构和企业储备了许多基础和关键技术，高端UHMWPE产品的产业化技术突破不会太远。他介绍，纺科院在高性能UHMWPE进行了长期的技术储备，目前已经与中石化南化集团有限公司（简称“南化”）合作，高强UHMWPE产业化指日可待。
全产业链协同作战 国外想“卡”不容易
孙玉山向本刊记者展示了纺科院早在2013年就已经完成的“超高分子量聚乙烯纤维”束丝小试样品检测报告，这份报告是由国家纺织制品质量监督检验中心（CTTC）出具。报告显示，该UHMWPE束丝样品模量达2 326cN/dTex，强度达48.10cN/dTex。此次纺科院与南化合作，就是将这种UHMWPE的小试样品实现规模化生产。“我们预计，产业化后的UHMWPE模量要保持在至少2 000cN/dTex，强度达到40～450cN/dTex。”孙玉山说。前文中提到的荷兰DSM公司对我国限制出口的UHMWPE SK99，其模量是1 590cN/ dTex，強度42.50cN/dTex。那么，纺科院的更高强度UHMWPE技术实现产业化后，我国UHMWPE将不再需要从国外进口，DSM对我国的“禁运”将变得毫无意义。“本来，这项技术在前几年就可以进入产业化，但是这种超高模量超高强度的UHMWPE应用的地方不多，当时国内的产品就可以满足各个领域的需求。直到DSM新产品SK99问世并对我国禁运，而我国对更高强度和模量的UHMWPE又有了新的需求。我们才把这项技术拿出来，推向产业化。”
孙玉山主任向本刊记者做了一些关于UHMWPE技术的科普。他介绍，UHMWPE的生产主要是凝胶纺丝，分为干法和湿法。干法工艺需要使用可挥发性的十氢萘等作为溶剂，将超高分子量聚乙烯原料溶胀后进行喷丝，再高倍拉伸得到UHMWPE，在此过程中无需再对纤维进行溶剂萃取。这种方法生产效率很高。而湿法工艺，需要高沸点的溶剂对原材料进行溶解、再凝固，再用低沸点溶剂进行萃取、精馏分离、干燥和高倍拉伸，生产流程较长，消耗的萃取剂对环境影响较大。
UHMWPE虽然具备许多优良特性，但也存在明显的缺点。UHMWPE在应用过程中存在3个问题：一是不耐高温，超过90℃，纤维性能就会受到影响；二是抗蠕变性能差，在持续受力时会发生形变而变长；三是UHMWPE表面极性相对较低，不易用其与其他材料复合。目前，国内产业界已经基本解决了抗蠕变性和复合能力，但耐高温性能仍需要进一步突破。
前不久，中国工程院院士蒋士成曾在一次会议中指出，国内UHMWPE产业在未来可以组建上下游协同的技术联盟或研发中心，同时加强科研与市场的对接，才能更好地将国内UHMWPE产业和产品推向更高的台阶。
相信在不久的将来，国内将会生产出完全不逊于国外高端产品的超高分子聚乙烯纤维。到那时，妄图在产品上“卡住”我国应用端的脖子将会成为历史。