国内外超高分子量聚乙烯发展现状

国内外超高分子量聚乙烯

发展现状

超高分子量聚乙烯（也称高强高模聚乙烯，缩写为UHMW-PE）是新型热塑性工程塑料，分子结构和普通聚乙烯相同，黏均分子量达150万～1000万（普通聚乙烯的黏均分子量在4万～12万）。U H M W-P E纤维是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的第3代高性能纤维。日本和美国U H M W-P E产品的黏均分子量超过600万以上，德国U H M W-P E产品的黏均分子量超过1000万[1]，我国UHMW-PE产品的黏均分子量也可以达到600万以上。我国生产的部分

■ 文/余黎明 张东明

石油和化学工业规划院

UHMW-PE纤维出口欧美和亚洲等

国家及地区，但所需要的高端产品则

依赖进口。目前，我国UHMW-PE纤

维价格约25万～28万元/t，整体产业

处于高利润期，资本逐利性必然导致

更多企业进入这一领域。

U H M W-P E分子链很长，沿同

一方向排列，相互缠绕，通过强化分

子之间的相互作用，较长的分子链

能够更有效地将载荷传递给主链，

所以，UHMW-PE具有很高的比模

量和比强度。UHMW-PE具有极佳

的抗冲击性、耐磨损性、耐化学腐蚀

性、耐低温性、耐候性、耐应力开裂

性、抗粘附、自身润滑性等，广泛应

用于化工、纺织、医学、建筑、冶金、

矿业、水利、煤炭、电力等领域，其制

品性能和其他工程塑料的对比分析

如表1所示。

一、国内外UHMW-PE市场环

境分析

1.国内外市场供需分析

2010年国外U H M W-P E产能

约14.09万t，主要生产企业如表2

所示。2010年国外U H M W-P E表

观消费量约12.0万t，主要用于生产

防弹衣和武器装备等军工产品，如

表3 2010年国外UHMW-PE的主要消费领域消费领域消费量/万t比例/%军工产品7.260.0绳缆 2.420.0渔网、劳动防护 1.210.0其他 1.210.0合计12.0100.0

表3所示。预计2010-2015年国外UHMW-PE产能和需求量的年均增长速率分别约为5.0%和5.9%，2015年国外UHMW-PE产能和需求量分别约为18万t和16万t。

2010年我国UHMW-PE产能约6.48万t，主要生产企业如表4所示。2010年，我国U H M W-P E产量约3.0万t，表观消费量约2.5万t，主要用于制造防刺服、防弹衣、防弹头盔、绳

缆、远洋渔网、劳动防护等，如表5所

示。在我国，UHMW-PE在国防军工

领域已逐步使用，随着工艺技术逐步

趋于成熟，UHMW-PE生产成本将下

降、产品质量将得以提高，其在民用领

域的应用也将得到推广，尤其是在绳

缆、远洋渔网、海上养殖、劳动防护等

民用领域。

我国UHMW-PE有效产能将进

一步提高，预计2015年我国UHMW-

P E产能约7.7万t，2010-2015年期间

年均产能增长速率约3.5%。据预计，

2010-2015年是我国U H M W-P E产

业的高速发展期，产品质量和产品结

构将进一步优化，我国U H M W-P E

需求量的年均增长速率约为14.9%，

2015年我国UHMW-PE需求量将达

约5.0万t。

2.具体应用领域分析

(1)薄膜

UHMW-PE板材经切削加工可

制成厚度在1m m以下的薄膜[3]，这种

薄膜具有非常稳定性化学性质，优秀

的耐溶剂、抗腐蚀性、耐冲击性、耐磨

损性和耐离子聚积性，优良的表面润

滑性（在塑料中仅次于聚四氟乙烯），

以及优良的疏水性，非常适用于与溶

剂和腐蚀性溶液接触的环境。

UHMW-PE薄膜可以作为食品

和药品的包装材料，也是用作鼠标脚

垫、煤仓底垫等的最佳材料。

(2)管材

U H M W-P E管材是高耐磨、耐

冲击、耐腐蚀、耐低温、自润滑、不结

垢、内压强度高、噪声小、无毒、轻便

的新型塑料管材，可输送固体、液体、

气体三态物质的高性能工程塑料管

材。可输送的固体粉体包括粮食、饲

料、化纤、玻璃、建材、矿粉、粉煤灰表1 UHMW-PE制品性能和其他工程塑料的对比

性能指标UHMW-PE聚四氟乙烯尼龙66聚碳酸酯密度/（g/cm3）0.93～0.945 2.16 1.14 1.2抗张强度/（kg/cm2）400～500200750640断裂伸长率/%300～350300200110抗冲击强度/（kJ/m2）—161180布氏硬度/D40—100118动摩擦系数0.20.20.4—

吸水率/%0.010.02 1.50.15

表2 2010年国外UHMW-PE主要生产企业[2]

生产企业产能/（万t/a）备注

德国泰科纳7德国塞拉尼斯的子公司

美国蒙特尔4—

荷兰帝斯曼0.72商标Dyneema

日本东洋纺（Toyobo）公司0.32与帝斯曼合资

美国霍尼韦尔（Honeywell）公司0.3商标Spectra

日本三井化学0.25—

其他 1.5—

合计14.09—

等，液体包括石油、水煤浆、油脂、酒、农药、海水等[4]；气体包括天然气、煤气、燃气[5]。

(3)内衬材料

U H M W-P E具有优异的耐磨性能、抗冲击性能、自润滑性、不黏附性等特性，卫生无毒，广泛地应用于各种内衬材料。在斗式提升机上，U H M W-P E作为进料口、出料口的内衬板、接料挡板，可有效降低物料对机筒的磨损，降低物料破碎率。在刮板输送机上，U H M W-P E作为塑料刮板、托轮、耐磨导轨条，以及机壳的耐磨衬板，能够提高设备的综合性能[6]。在煤仓上，UHMW-PE作为煤仓内壁衬板，可以解决煤仓堵料问题和仓壁磨损较快的问题[7]。在汽车蓄电池上，欧美国家汽车蓄电池制造业几乎全部采用UHMW-PE隔板[8]。

(4)高性能异型材

UHMW-PE可以加工成各种各样的齿轮、轴套、轴瓦、滚轮等，降低制

品的生产成本，提高制品的使用性能和安全性能。尤其在纺织工业中可用作纺机中受力极大的部件，如打梭棒、连接器、扫花杆、缓冲块、杆轴套、摆动后梁、齿轮、凸轮、弹棉机、皮结、皮结盖板、滚轮、轴承衬瓦、缓冲器挡板等[9]。

(5)医用材料

UHMW-PE具有优良的生物相容性，已成功应用于人工髋关节的髋臼、人工膝关节的衬垫，以及组织支架、血液泵等[10]。

在人工髋关节上，U H M W-P E 作为髋臼部件，在髋臼的凹处为金属、陶瓷股骨头旋转、往复运动提供活动空间。在人工膝关节上，U H M W-P E主要作为衬垫材料，承载上下骨的摩擦与运动。在组织支架上，结合UHMW-PE挤出和计算机控制的堆积成型技术，可以制备形状复杂且具

有多孔的支架材料，例如已经成功开

发出熔融堆积方法生产的人耳组织支

架。在血液泵上，UHMW-PE作为血

液泵的材料经测试无生物毒性，可以

长期使用。在血液袋上，UHMW-PE

与乙烯、丁烯和苯乙烯弹性体共混可

以耐-196℃温度，在低温下能够保持

良好的塑性[11]。

(6)安保器材

UHMW-PE纤维具有极佳的耐

磨、耐冲击性，广泛应用于航空航天、

坦克装甲、轻型车辆、防弹衣、头盔、容

器（可抵御炸弹）以及缆绳等领域[12]。

二、UHMW-PE生产工艺技术

环境分析

由于凝胶纺丝法不需要采用任

何化学反应和复杂的加工方式，经过

简单凝胶纺丝就能够大幅度提高聚

乙烯纤维的力学性能，荷兰、日本、

美国和中国均采用凝胶纺丝法进行

UHMW-PE的工业化生产。

凝胶纺丝法工艺，首先将一定浓

度的U H M W-P E溶于适当溶剂中

（U H M W-P E半稀溶液），使聚合物

分子间刚好接触，减小分子链的缠

结，通过喷丝板将半稀溶液挤出，骤

冷形成凝胶原丝，进行去溶剂和干燥

制得U H M W-P E凝胶，然后进行超

高倍热拉伸，从而制得UHMW-PE。

U H M W-P E生产工艺技术路

线有2种：高挥发性溶剂干法凝胶纺

丝工艺路线（干法路线）和低挥发性

溶剂湿法凝胶纺丝工艺路线（湿法路

线）。帝斯曼公司采用十氢萘作为溶

表4 2010年我国UHMW-PE主要生产企业

生产企业产能/（万t/a）

北京东方石油化工有限公司2

泰科纳工程塑料公司2

淄博易丰材料厂0.5

山东爱地高分子材料有限公司0.5

上海斯瑞聚合体科技有限公司0.3

宁波大成新材料股份有限公司0.2

上海联乐化工科技有限公司0.2

湖南中泰特种装备有限责任公司0.15

北京同益中特种纤维技术开发有限公司0.6

仪征化纤股份有限公司0.03

合计 6.48

表5 2010年我国UHMW-PE消费结构

消费领域消费量/万t比例/%

军工产品 1.975.0

绳缆0.415.0渔网、劳动防护0.27.0

其他0.1 3.0

合计 2.5100.0