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“硬汉”大显身手,国产超高分子量聚乙烯纤维发展前景广阔
时间:2021-12-02 09:45:51    来源:中国纺织报  作者:同黎娜
轻薄如纸,坚硬如钢,这两个看似非常矛盾的特点,却毫不违和、十分完美地体现在一种纤维的身上,这便是超高分子量聚乙烯纤维。
在惊艳全球的港珠澳大桥施工过程中,成功完成约6000吨重的钢结构混凝土预制件在伶仃洋主航道吊装的,正是用这种纤维制成的吊带。
超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维、芳纶一起,就像是高性能化学纤维“三剑客”。近期,北京同益中新材料科技股份有限公司(以下简称“同益中”)在上海证券交易所上市,成为A股市场上少有的超高分子量聚乙烯纤维专业概念股,再次引起大家对该细分行业的关注。

那么,国产超高分子量聚乙烯纤维当前的产业化情况如何?龙头企业有哪些发展新动向?下一步行业的发展重点是什么?





“硬汉”在多个领域大显身手

超高分子量聚乙烯纤维,又称高强高模聚乙烯纤维、高性能聚乙烯纤维,目前是强质比最高的纤维材料,可谓是纤维界的“硬汉”。

作为高性能纤维三大品种之一,这种纤维具有超高强度、超高模量、低密度、耐磨损、耐低温、耐紫外线、抗屏蔽、冲击能量吸收高,以及耐强酸、耐强碱、耐化学腐蚀等众多优异性能,被广泛应用于军事装备、海洋产业、安全防护、体育器械等领域。

一名业内人士介绍,在相同密度下,超高分子量聚乙烯纤维的抗拉强度是钢丝绳的15倍,是优质钢纤维的10倍,比芳纶高40%,仅次于特级碳纤维,但其延展率仅为3.5%。与钢丝缆绳相比,用其制成的缆绳,具有更好的力学性能,且具有更耐化学腐蚀、更耐磨、直径更小、重量更轻、不吸水、抗疲劳性更强等突出优点。
“正因如此,这种纤维能够被广泛用于舰船系泊与拖缆、海洋平台拖缆等领域,这也正是它能在港珠澳大桥建设中大显身手的原因。”这名业内人士说。
“用这种纤维制成的绳索,能在零下200摄氏度的超低温度下长期使用,也能在呈酸碱性的海水中长期使用,还可以在太阳暴晒、降雨量大的热带雨林中长期使用,且不老化。”江苏一家企业的相关负责人表示,“概括来看,高比强度、高比模量是它的突出特点。”
在国际市场上,荷兰帝斯曼公司、美国霍尼韦尔公司等是代表性龙头企业。据介绍,帝斯曼1979年采用干法凝胶纺丝技术,制备出了超高分子量聚乙烯纤维。20世纪80年代~90年代,荷兰帝斯曼、美国霍尼韦尔、日本东洋纺等企业分别实现了该纤维的产业化生产。从工艺技术路线看,不同于帝斯曼,霍尼韦尔采用的是湿法纺丝技术。干法纺丝和湿法纺丝,也成为目前该领域两大主流生产工艺路线。
与碳纤维和芳纶类似,由于较高的技术壁垒,在此后很长一段时期内,国际企业在该领域实行严格的技术垄断和封锁。
近年来,全球超高分子量聚乙烯纤维的需求量持续增长,行业竞争日趋激烈。相关统计数据显示,2020年,全球超高分子量聚乙烯纤维的总产能约为6.56 万吨;其中,帝斯曼的产能(包括纤维和无纬布)约为17400吨,霍尼韦尔的产能约为3000吨,日本东洋纺的产能约为3200吨。
“在美国、日本、欧洲等国家和地区,它已经被广泛应用到了武器研发、航空航天、航海、电子、造船、建材、体育和医疗等诸多领域。”上述业内人士说。
据介绍,用其制成的航天、航空用特种伞绳,强度高、质量轻、抗撕裂能力强;用其增强材料制成的航天雷达罩、X光机工作台、安全防护罩、抗冲击容器等产品,不仅强度高、质量轻,还有着较好的介电性能,以及优良的高频声呐透过性;用其制成的头盔、防弹服、防弹背心等防弹产品,重量轻、强度高。
“从竞争层面看,国际巨头凭借深厚的技术积累,在全球市场上已形成了强有力的品牌知名度,也占有相对较高的市场份额。”上述业内人士说。





国产纤维已有较大话语权

工业和信息化部2019年11月发布的《重点新材料首批次应用示范指导目录》中,将符合相关性能要求的超高分子量聚乙烯纤维、高性能碳纤维、芳纶及制品等高性能纤维及复合材料,都列为“关键战略材料”。
中国化学纤维工业协会统计数据显示,2020年,国产超高分子量聚乙烯纤维的总产量约为2.13万吨。

据上述业内人士介绍,我国从上世纪80年代开始研究用冻胶纺丝法制备超高分子量聚乙烯纤维。1984年,东华大学开始在此领域开展湿法纺丝技术研究,逐渐形成了具有我国自主知识产权的成套技术。采用湿法纺丝技术的产业化企业,包括同益中、湖南中泰特种装备有限公司、山东爱地高分子材料有限公司(以下简称“山东爱地”)等。我国在该领域的干法纺丝技术,由中国纺织科学研究院有限公司南化集团研究院合作开发,中国石化仪征化纤有限责任公司(以下简称“仪征化纤”)是目前国内唯一采用干法纺丝技术生产该纤维的产业化企业。
2000年至今,我国在该领域的产业化快速推进,技术水平不断突破,产业规模不断扩大,产品质量持续提升,也逐渐形成了多家龙头企业。以仪征化纤为例,2008年,其300吨/年干法纺丝工业化生产线建成投产;2018 年,其第三套千吨级生产线投产,其商品名为“力纶”。近年来,该公司开发出了细旦、高强、有色等产品,系列产品目前已在舰船、防弹装甲、防弹衣、电缆罩、跨海大桥、防切割和导热性纺织品等领域实现广泛应用。

再以同益中为例,2000年开始实现该纤维的产业化,并逐步形成“高可纺性熔体单丝细化纺丝工艺及特殊纺丝组件设计加工技术”、“防弹专用超高强型纤维的开发及产业化技术”等核心技术。其产品除了纤维,还包括无纬布和防弹制品类复合材料。公司研发生产出防弹专用超高强型纤维、具备高耐磨性的绳缆专用纤维、具备高色牢度和高力学性能保持率的有色纤维,以及耐割专用纤维等,能满足不同应用领域客户的差异化需求。同益中董秘苏敏表示,公司产品目前主要应用于我国单兵装备、军警装备、海洋工程、舰艇缆绳等领域。
“自2013 年以来,公司研发生产的单兵防弹装备能够满足高防弹性能的要求,并符合军用、警用标准,最终应用于我国军警领域,实现了在相关领域的进口替代。”同益中表示。
今年上半年,中国化学纤维工业协会公布了2020年我国超高分子量聚乙烯纤维产量排名。排名前五的企业分别为江苏九九久科技有限公司、仪征化纤、同益中、山东爱地和江苏锵尼玛新材料股份有限公司。
据了解,九九久公司的年产能(含纤维及制品)为1万吨;仪征化纤在该领域的年产能(含纤维及制品)为3300吨;同益中的年产能(含纤维及制品)为2150吨。
“经过20多年的快速产业化发展,我国超高分子量聚乙烯纤维目前在全球市场上已经具有较大话语权。比如,由于我国企业参与到市场竞争中,国外巨头一款产品的价格目前已比15年前下降了50%多。”一家企业的相关负责人说。





稳中求进应对市场新形势

这两年全球疫情持续蔓延,从市场情况看,复杂多变的形势给国产超高分子量聚乙烯纤维行业造成了哪些实际影响?
中国化学纤维工业协会超高分子量聚乙烯纤维分会相关负责人分析指出,疫情导致了对产品的短期需求下降,加上市场竞争激烈,2020年,我国产品价格下降了约10%~15%。随着国际航运业务逐渐复苏,国外船用缆绳订单有所增加,手套领域用量也有较大增长,但价格偏低。从进口量看,2020年,我国进口该纤维354吨,比上年减少了48.1吨,原因是国内需求有所减少,且以国产的产品为主。从出口方面看,2020年,我国出口该纤维3881.1吨,同比增长15.68%,但出口金额同比下降11.84%至5542.3万美元。
从企业实际经营情况看,出口业务占比较大的企业受到一定影响。产品主要出口的同益中表示,疫情以来,国际物流运输等环节受到影响,尤其是海外的安全防护用品、缆绳等生产企业大面积停工,对超高分子量聚乙烯纤维的需求减少,导致公司2020年出现了海外订单延迟、减少等情况。
财报数据显示,2020年,同益中的营收同比下降6.11%,扣除非经常性损益后的归属净利润同比下降4.46%。今年以来,海外疫情对同益中的影响仍在持续。今年前三季度,其营收虽然同比增长23.04%,但归属净利润同比下滑2.33%。不过,该企业整体发展稳健。苏敏在投资者平台表示:“公司产品目前供不应求,远销全球50多个国家和地区。”

值得注意的是,今年10月,同益中上市。其募集资金将主要用于扩充产能规模,将建设年产4060吨纤维产业化项目(二期)、防弹无纬布及制品项目。

对比来看,国产碳纤维行业目前已有光威复材、中简科技两家A股上市公司,以及吉林碳谷、恒神股份等新三板挂牌企业。事实证明,资本和产业有效融合,促进了碳纤维国产化水平进一步提升,朝着“高品质、大规模、低成本”方向加速前进。所以,在一定程度上,同益中的上市也意味着,拥抱资本市场,伴随着规模扩张,国产超高分子量聚乙烯纤维行业正在开启新发展阶段。
谈及新阶段该行业还应在哪些方面重点寻求突破,中国化学纤维工业协会相关负责人表示:“龙头企业要进一步研发高效化生产技术,继续提升产业成熟度,突破更高性能的制备技术。”

断裂强度、断裂伸长率和初始模量是衡量超高分子量聚乙烯纤维性能的三大重要指标。公司正在着手研发新一代纤维,进一步提升纤维断裂强度和模量,在保持断裂强度≥42cN/dtex的同时,使模量≥1800cN/dtex,从而能满足高端军事装备领域的需求。公司还不断开发轻量化无纬布。下一步,公司的科技创新将主要围绕三个方面展开:一是不断丰富纤维种类,扩大应用领域;二是持续提升纤维核心性能指标;三是推动下游无纬布和防弹制品的普及和应用。”同益中这样表示。

“在抗蠕变性能研发及应用等方面,我国超高分子量聚乙烯纤维仍较国际巨头的产品存在一定差距,企业未来要在这些方面继续加大研发。总体来看,该纤维未来仍具备广阔的应用前景。” 上述业内人士说。


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