論超高分子量聚乙烯纖維標準體系建設(shè)的必要性

蔣玲玲，胡偉偉，彭程程，尚 斌

（1.連云港市纖維檢驗中心，江蘇 連云港 222000；2.江蘇省高性能纖維產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，江蘇 連云港 222000；3.上海海關(guān)工業(yè)品與原材料檢測技術(shù)中心，上海 200135）

超高分子量聚乙烯纖維（Ultra-High Molecular Weight Polyethylene，UHMWPE），又稱高強高模聚乙烯纖維，是一種新型高性能纖維，與碳纖維、芳綸并稱為當今世界三大高科技纖維[1-2]，是我國唯一具有國際競爭力的高性能纖維[3]。UHMWPE纖維是以分子量在100萬以上的聚乙烯通過紡絲和高倍牽伸制得的纖維，具有低密度、高強度、高模量、低斷裂伸長率、耐沖擊、耐磨損等力學特性，同時擁有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于防刺等輕質(zhì)高強類國防軍需裝備及航空航天、體育休閑、海洋產(chǎn)業(yè)、運動器材、建筑加固、生物醫(yī)療等領(lǐng)域[4-5]，具有明顯的軍民兩用特征，是關(guān)系到國家安全和經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略性高性能纖維新材料。

1 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1 國外UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

UHMWPE纖維在歐美等地區(qū)的開發(fā)應(yīng)用較早，起初年均增長速度較慢，約5%。當前，國外UHMWPE纖維領(lǐng)先企業(yè)主要有荷蘭帝斯曼（DSM）、美國霍尼韋爾（Honeywell）、日本東洋紡（Toyobo），這3家公司近幾年多次增建擴產(chǎn)，產(chǎn)量以每年8%以上的速度遞增，盡管如此，仍不能滿足市場日益增長的需求。近兩年，受疫情影響，國外UHMWPE纖維企業(yè)擴產(chǎn)計劃進展緩慢，基本保持原有產(chǎn)量和水平。

目前，歐美和日本的UHMWPE纖維用途結(jié)構(gòu)存在一定的差異，歐美主要用于防彈衣和武器裝備，其次為繩纜、漁網(wǎng)、勞動防護等；日本主要用于繩纜、漁網(wǎng)、防護類，特別是防切割手套。

近年來，受世界各地沖突及國家安全保護意識的增強，軍事裝備、安全防護等行業(yè)快速發(fā)展，增加了全球范圍對高強度、高性能等UHMWPE纖維產(chǎn)品的需求，UHMWPE纖維市場需求潛力巨大，前景非常樂觀。

1.2 國內(nèi)UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

國內(nèi)UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)化時間較晚，但發(fā)展速度極快。進入21世紀后，我國加快了高技術(shù)纖維產(chǎn)業(yè)化進程，特別是2007年起，國家發(fā)展改革委設(shè)立高技術(shù)纖維專項扶持計劃，UHMWPE纖維規(guī)模由百噸級邁向千噸級，此后經(jīng)過10年快速增長，我國成為全球UHMWPE纖維生產(chǎn)大國。目前，國內(nèi)UHMWPE纖維主要生產(chǎn)企業(yè)已近20家，主要集中分布在江蘇、山東、北京等地。其中，產(chǎn)能在千噸級以上的生產(chǎn)企業(yè)有10余家。

2021年，全球UHMWPE纖維產(chǎn)能接近7.0萬t，而我國UHMWPE纖維行業(yè)總產(chǎn)能約為4.3萬t，占全球總產(chǎn)能的60%以上。2020年，在全球疫情大環(huán)境下，我國UHMWPE纖維終端市場受到了一定影響，主要是下游涉及的安防產(chǎn)品、繩纜等生產(chǎn)企業(yè)。盡管如此，我國UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)仍保持著良好的發(fā)展態(tài)勢，產(chǎn)量持續(xù)突破，在各應(yīng)用領(lǐng)域的用量也有不同程度的增長[5]。

從UHMWPE纖維的應(yīng)用需求方面來看，我國軍事領(lǐng)域?qū)HMWPE纖維的需求量最高，其次是海洋產(chǎn)業(yè)、安全防護領(lǐng)域。隨著UHMWPE纖維產(chǎn)量的進一步增加，市場競爭將不斷加劇，應(yīng)用領(lǐng)域也在進一步擴大，由國防軍工高端產(chǎn)品向民用領(lǐng)域方向發(fā)展。

2 行業(yè)發(fā)展對標準化工作的需求

隨著UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，市場需求日益增加，而UHMWPE纖維產(chǎn)品質(zhì)量標準評價體系的建立和產(chǎn)品標準化工作的完善步伐已經(jīng)落后于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，國內(nèi)外現(xiàn)有標準中的性能檢測還只是延續(xù)了普通化學纖維檢測方法，主要包括國家推薦性標準中規(guī)定的化學短纖維和化學纖維長絲標準檢測方法。因此，標準的滯后以及行業(yè)的發(fā)展對標準化工作提出了與時俱進的迫切需求，主要表現(xiàn)在以下方面。

2.1 以市場需求為導(dǎo)向，差異化UHMWPE纖維開發(fā)力度不斷加大

近年來，隨著我國UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的持續(xù)提升，UHMWPE纖維的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，日益增加的軍品、民品應(yīng)用為UHMWPE纖維帶來了龐大的市場需求。根據(jù)不同的市場應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)差別化纖維、特色化產(chǎn)品已成為市場需求的主要導(dǎo)向。例如，纜繩市場對低蠕變纖維具有更高的要求，這就需要有針對性地開發(fā)溶劑殘留量少、蠕變性能好的纖維；紡織服裝領(lǐng)域?qū)w維的柔軟性和導(dǎo)熱、導(dǎo)濕性提出新的要求，則需開發(fā)細特異形截面等特性纖維；醫(yī)用縫合線領(lǐng)域需要開發(fā)低不勻率、高強度、溶劑無殘留、高純度等特性纖維；隨著UHMWPE有色纖維的開發(fā)，其用于紡織面料的市場前景良好，但UHMWPE纖維結(jié)晶度高，表面染色困難，開發(fā)有色纖維紡絲工藝可以很好地解決這一問題；在UHMWPE纖維中添加無機粉體，強度和模量有所降低，但纖維的耐切割性能大幅提高，用其編織的手套的耐切割能力能達到較高標準。因此，這些差異化纖維需要更加合適的標準評價體系和標準的檢測方法作支撐。

2.2 以高質(zhì)量發(fā)展為引領(lǐng)，從“數(shù)量型擴增”向“技術(shù)服務(wù)型”轉(zhuǎn)變

近幾年，我國UHMWPE纖維行業(yè)處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，從整體產(chǎn)能來看，已經(jīng)超過了需求量，但是很多公司由于各種因素，開工率較低，產(chǎn)品缺口較大，再加上對軍工產(chǎn)品、海洋產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品有很高的要求，且部分企業(yè)的技術(shù)達不到要求，只能生產(chǎn)低端產(chǎn)品，造成低端產(chǎn)品局部過剩、高端產(chǎn)品緊缺的局面。因此，UHMWPE纖維行業(yè)的發(fā)展不應(yīng)僅注重低端產(chǎn)品“數(shù)量型的擴增”，而應(yīng)加大對高端產(chǎn)品和特殊性能產(chǎn)品的研發(fā)力度，形成穩(wěn)定的高端產(chǎn)品，向“技術(shù)服務(wù)型”轉(zhuǎn)變，積極搶占市場利潤制高點。因此，UHMWPE纖維行業(yè)應(yīng)該協(xié)同創(chuàng)新，用系統(tǒng)化、細分化的高質(zhì)量標準引領(lǐng)自主技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)低成本、綠色環(huán)保的加工新技術(shù)，實現(xiàn)UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量、綠色發(fā)展。

2.3 以客戶需求為目標，上下游形成一體化攻關(guān)鏈，發(fā)揮聯(lián)盟效應(yīng)

目前，國內(nèi)有關(guān)UHMWPE纖維的生產(chǎn)企業(yè)和研究機構(gòu)不少，但缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標準。一方面，由于生產(chǎn)工藝路線不同，形成生產(chǎn)工藝各異、分報專利等混雜局面，且都宣稱各自的技術(shù)最領(lǐng)先；另一方面，生產(chǎn)標準和技術(shù)參數(shù)各不相同，使下游生產(chǎn)企業(yè)在系列化選擇應(yīng)用上無所適從。因此，上游纖維生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)以客戶需求為目標，加強與下游產(chǎn)業(yè)的溝通，進行更有針對性的產(chǎn)品開發(fā)，與下游產(chǎn)業(yè)協(xié)同挖掘UHMWPE纖維的新應(yīng)用、新市場，從聚乙烯原料到纖維，再從纖維到制品應(yīng)用，上下游形成一體化攻關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈，充分發(fā)揮聯(lián)盟效應(yīng)，在滿足國家需要和民生發(fā)展需求的同時，實現(xiàn)企業(yè)自身的持續(xù)發(fā)展。同時，相關(guān)部門應(yīng)緊跟市場步伐，建立大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)上下游關(guān)聯(lián)企業(yè)信息共享，進一步推動我國UHMWPE纖維的創(chuàng)新發(fā)展、提高先進高端材料制造的水平和能力。

3 質(zhì)量評價標準體系建設(shè)的必要性

目前，國內(nèi)UHMWPE纖維行業(yè)相關(guān)標準的制定已經(jīng)處于相對滯后狀態(tài)，嚴重影響了該行業(yè)的快速發(fā)展和產(chǎn)品質(zhì)量的提升?，F(xiàn)行產(chǎn)品標準GB/T 29554—2013《超高分子量聚乙烯纖維》[6]、FZ/T 54027—2022《超高分子量聚乙烯長絲》[7]只是針對纖維產(chǎn)品常規(guī)性能指標進行規(guī)定和考核，標準中的相關(guān)質(zhì)量考核指標已經(jīng)明顯不適用現(xiàn)今UHMWPE纖維的生產(chǎn)和應(yīng)用要求。一方面，隨著差異化纖維產(chǎn)品的開發(fā)，對于國標或行標中的性能指標會有所取舍，指標松緊程度也會有所調(diào)整，有的指標嚴于國標或行標，有的指標低于國標或行標；另一方面，針對差異化纖維的重要特殊性能，現(xiàn)行標準缺少引領(lǐng)性關(guān)鍵指標（如抗拉伸蠕變性、耐切割性等），而這些關(guān)鍵性能都沒有規(guī)范、統(tǒng)一的標準測試方法，UHMWPE纖維產(chǎn)品標準和相關(guān)檢測方法亟需建立與完善。

3.1 能規(guī)范和推動該行業(yè)健康有序發(fā)展

UHMWPE纖維產(chǎn)品質(zhì)量標準體系建設(shè)有利于進一步解決UHMWPE纖維行業(yè)標準化工作滯后的現(xiàn)狀，統(tǒng)一行業(yè)標準評價技術(shù)要求，改善產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、市場品類混雜的現(xiàn)狀，引導(dǎo)該行業(yè)創(chuàng)造一個充滿活力、競爭有序的市場環(huán)境，提高我國UHMWPE纖維行業(yè)的整體質(zhì)量水平，更好地服務(wù)于我國UHMWPE纖維行業(yè)的發(fā)展，努力提升我國高端新材料產(chǎn)業(yè)的核心競爭力和集聚力。

3.2 能促進和引領(lǐng)該行業(yè)自主創(chuàng)新與技術(shù)提升

UHMWPE纖維產(chǎn)品質(zhì)量標準體系建設(shè)有利于進一步提高產(chǎn)品科技創(chuàng)新能力和市場應(yīng)用的針對性，降低科技創(chuàng)新中的不確定性，降低行業(yè)內(nèi)科技創(chuàng)新的市場風險，實現(xiàn)技術(shù)標準與科技研發(fā)協(xié)調(diào)發(fā)展，降低技術(shù)創(chuàng)新投入風險；同時，還能形成一種良性循環(huán)的激勵機制，營造更加良好的科技創(chuàng)新氛圍，進一步提高科技創(chuàng)新成果的市場適應(yīng)性，實現(xiàn)科技創(chuàng)新成果與標準化工作的相互轉(zhuǎn)化和相互推動。

3.3 能加強行業(yè)互動與交流，提升產(chǎn)品國際競爭力

UHMWPE纖維產(chǎn)品質(zhì)量標準體系建設(shè)有利于相關(guān)檢驗機構(gòu)進一步為行業(yè)內(nèi)提供更加專業(yè)的技術(shù)交流活動平臺，為國產(chǎn)UHMWPE纖維產(chǎn)品質(zhì)量提升和行業(yè)發(fā)展把脈，通過與國際先進產(chǎn)品標準的對標，更好地吸收國外產(chǎn)品標準化的先進工作經(jīng)驗，加快轉(zhuǎn)化先進適用的國際標準，鼓勵、引領(lǐng)我國UHMWPE纖維企業(yè)制定和實施先進的團體標準，發(fā)揮標準對技術(shù)革新的引領(lǐng)作用，進一步提升國產(chǎn)UHMWPE纖維產(chǎn)品的國際競爭力。

4 結(jié)語

UHMWPE纖維的應(yīng)用前景十分廣闊，為解決纖維技術(shù)標準與實際生產(chǎn)以及市場需求之間脫節(jié)的問題，發(fā)揮標準的“引領(lǐng)”作用，促進我國UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)進一步有序、高效、健康、創(chuàng)新、高質(zhì)量發(fā)展，加快UHMWPE纖維產(chǎn)品質(zhì)量評價標準體系建設(shè)，完善產(chǎn)業(yè)鏈標準化工作，會對我國UHMWPE纖維產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新、產(chǎn)品的開發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域的拓展起到重要的技術(shù)支撐和積極的推動作用。