超高分子量聚乙烯纤维行业技术特点及发展趋势
思瀚产业研究院 千禧龙    2024-12-23

1.行业技术水平及特点

1957 年，美国联合化学公司（美国联信公司前身之一）首先制备出超高分子量聚乙烯。20 世纪 70 年代，超高分子量聚乙烯纤维首先由英国利兹大学的 Capaccio 和 Ward 成功研发，此后荷兰帝斯曼（DSM）用十氢萘作为溶剂发明了凝胶纺丝法（又称“冻胶纺丝法”），制备出超高分子量聚乙烯纤维，并于 1979 年申请了专利。

1985 年，美国联信公司（1999 年与美国霍尼韦尔公司合并，合并后公司名沿用 Honeywell，即“霍尼韦尔”）向荷兰帝斯曼公司购买专利权并加以技术改进，将其中的十氢萘改为矿物油溶剂，于 1988 年实现商业化生产，开发出商品名为“Spectra®”的超高分子量聚乙烯纤维，其强度和模量均超过了美国杜邦（DuPont）公司的对位芳纶“Kevlar®”。

1990年，荷兰帝斯曼开始生产商品名为“Dyneema®”的超高分子量聚乙烯纤维。随后，日本东洋纺（Toyobo）与荷兰帝斯曼合作生产“Dyneema®”纤维，也成功进入了超高分子量聚乙烯纤维市场。2022 年 9月，美国埃万特（Avient）完成对荷兰帝斯曼超高分子量聚乙烯纤维业务收购。

目前，国外企业中美国埃万特、美国霍尼韦尔、日本东洋纺三家具有规模化生产超高分子量聚乙烯纤维的能力。在此之前，超高分子量聚乙烯纤维的制作技术一直被海外企业垄断。直到 1999 年，东华大学联合多家公司和科研院所发明了混合溶剂凝胶纺丝新工艺，打破了超高分子量聚乙烯纤维的技术封锁。

之后，国内其他企业逐步实现技术突破，建成了超高分子量聚乙烯纤维的生产线。超高分子量聚乙烯的分子量很大、“线型”长链很长，高分子的长链结构特征必然带来缠结交联。熔融状态下，超高分子量聚乙烯分子与分子之间产生巨大的抱食力，不能产生流动，更不能制成溶液，是一种无定形橡胶态。为了制备出能用于生产的流动溶液，就需要加入相对分子量较低、分子链短的溶剂进行溶解稀释，以达到解缠的目的。

因此，超高分子量聚乙烯纤维一般不能像普通化学纤维那样采用熔融法生产，而是主要采用凝胶纺丝法。目前，超高分子量聚乙烯纤维凝胶纺丝工艺主要有两大类，分别为干法工艺路线与湿法工艺路线。干法工艺路线，即高挥发性溶剂干法凝胶纺丝工艺路线；而湿法工艺路线，则为低挥发性溶剂湿法凝胶纺丝工艺路线。

干法和湿法几乎同时实现商业化，所采用的溶剂种类不同是这两种工艺路线的最大区别。干法工艺的核心特征是采用易挥发的十氢萘作为超高分子量聚乙烯溶剂，因而在去除溶剂时采用加热挥发而非萃取的方式，可以降低纤维中溶剂的残留率，相比湿法工艺改善了纤维的抗蠕变性。但由于十氢萘是一种毒性大、易燃易爆化学品，对环保和安全具有更高的要求。目前行业内主要是美国埃万特和仪征化纤采用干法工艺，以不易挥发、安全性更高的矿物油作为溶剂的湿法工艺是行业内普遍采用的主流工艺。

2.行业技术的发展趋势

（1）顶端产品向着极致性能发展

超高分子量聚乙烯纤维是一类通过结构极致以达到性能极致的材料，任何宏观和微观、可见和不可见的因素导致与理想结构不同的其他结构均为缺陷。因为百分百的理想结构不可得，为了追求极致的性能，国际和国内的超高分子量聚乙烯纤维的生产厂家都在不断改进生产工艺和调试生产设备，以期向着极致性能靠近。超高强型超高分子量聚乙烯纤维仍然是未来重点研究方向之一。

（2）民用产品向着多领域化发展

随着超高分子量聚乙烯纤维产业链上新产品研发频率不断加快，各类超高分子量聚乙烯纤维复合产品不仅极大满足了海洋渔业、安全防护、纺织等领域的应用需要，而且还在不断开发出新的应用领域。比如，荷兰帝斯曼推出迪尼玛纯黑纤维（Dyneema Purity Blackfiber），将超高分子量聚乙烯纤维应用到了医用领域；赤足装备 FYF 公司（FreeYourFeet）将超高分子量聚乙烯纤维掺入羊毛，制成了没有传统意义上鞋底的户外运动袜。

（3）在耐热、抗蠕变性能上不断改善

超高分子量聚乙烯纤维本身的结构特点及生产因素决定其也存在一定的不足。超高分子量聚乙烯纤维是由亚甲基组成的柔性高分子材料，不带有极性基团，分子间作用力弱、熔点较低，在热的作用下，纤维的结构容易发生变化，从而影响其力学性能。另外，超高分子量聚乙烯纤维的抗蠕变性能较差，在受力作用下容易发生形变。因此，对其进行改性处理，提升耐热型、抗蠕变型超高分子量聚乙烯纤维的生产技术水平将是未来技术发展趋势。

更多行业研究分析请参考思瀚产业研究院官网，同时思瀚产业研究院亦提供行研报告、可研报告（立项审批备案、银行贷款、投资决策、集团上会）、产业规划、园区规划、商业计划书（股权融资、招商合资、内部决策）、专项调研、建筑设计、境外投资报告等相关咨询服务方案。