加入艾邦高分子PE交流群，請加微信18319055312，并注明“PE”

1.前言

AK-47自動步槍產(chǎn)量超過一億支，是目前世界上產(chǎn)量最大和殺傷力最強的的槍械之一。其使用的7.62毫米槍彈可以在100米距離內(nèi)擊穿6mm厚的鋼板，150mm厚的磚塊，300mm厚的土層或400mm厚的木板，卻未必能擊穿僅有2mm厚的高科技防彈纖維材料。

1983年10月25日，美國侵入南美洲島國格林納達。戰(zhàn)斗中一頂頭盔經(jīng)受住了22發(fā)子彈的強烈沖擊，其中甚至包括一顆大約23米以外射來的AK-47步槍7.62毫米子彈，但沒有一顆子彈能將頭盔擊穿。抵擋住AK-47子彈的這種頭盔材料是芳綸1414（凱夫拉纖維）。當(dāng)今世界上,除美軍外，德國、西班牙、意大利、比利時、新加坡、日本、加拿大等國軍隊都裝備了“凱夫拉”防彈頭盔。而世界范圍內(nèi)防彈衣、防彈頭盔的生產(chǎn)國僅有荷蘭、美國、中國、日本等少數(shù)幾個國家。

在2003年3月的伊拉克戰(zhàn)爭中，30多名英軍與100多名伊拉克武裝分子相遇，有3名身穿防彈衣的英軍中彈，其中一個人中了7發(fā)子彈未死，一人中了8發(fā)子彈未死，還有一人身中12發(fā)子彈，防彈衣很好，但因頭部中彈而死。中了7發(fā)子彈的英國士兵退役后在網(wǎng)站上說中國生產(chǎn)的防彈衣救了他的命。這件防彈衣是由寧波大成新材料公司制造的。中國防彈衣一舉成名，從此國際定單不斷，銷售量飆升。

目前寧波大成公司一年生產(chǎn)防彈衣20萬件，幾乎可以裝備一個中型國家全部的軍隊，已經(jīng)成為世界最大的防彈衣生產(chǎn)商。除了滿足中國國內(nèi)公安、武警、保安的需要外，全部出口。目前，英國駐伊拉克部隊、駐科威特部隊、伊拉克新政府軍隊及警察、沙特阿拉伯部分軍隊都是使用中國制造的防彈衣。

無論是防彈衣還是防彈頭盔，其全部奧秘幾乎都在于防彈材料的性能上。

奇瑞汽車出口到烏拉圭的東方之子防彈轎車，作為政府禮賓車。凱芙拉纖維及超高分子量聚乙烯纖維都是防彈轎車內(nèi)襯的主要材料，車底防彈材料甚至要求能對反坦克地雷爆炸進行防護。

2.超高分子量聚乙烯纖維介紹

超高分子量聚乙烯纖維(簡稱UHMWPE)，又叫高強PE纖維，是當(dāng)今世界三大高科技纖維（碳纖維、芳綸和超高分子量聚乙烯纖維）之一，也是世界上最堅韌的纖維。其“輕薄如紙、堅硬如鋼”，強度是鋼鐵的15倍，比碳纖維和芳綸1414（凱夫拉纖維）還要高2倍，是目前制造防彈衣的主要材料。

超高分子量聚乙烯分子量在150萬至800萬之間，是普通纖維的數(shù)十倍，這也是它名字的由來，具有極其優(yōu)異的性能。主要包括：

1、結(jié)構(gòu)致密具有很強的化學(xué)惰性，強酸堿溶液及有機溶劑對其強度沒有任何影響。

2、密度只有0.97克/立方厘米，能漂浮水面。

3、吸水率很低，在成型加工前一般不必干燥處理。

4、具有極好的耐氣候老化性，抗紫外線，經(jīng)過日曬1500小時后，纖維強度保持率仍然高達80%。

5、對放射線具有優(yōu)良的遮蔽效果，故可用作核電站的遮蔽板。

6、耐低溫，在液氦溫度（-269℃）下仍具有延展性，而芳綸纖維到-30℃便失去防彈效能；在液氮中（-195℃）也能保持優(yōu)異的沖擊強度，這一特性是其它塑料所沒有的，因而能夠用作核工業(yè)的耐低溫部件。

7、超高分子量聚乙烯纖雛的耐磨耐彎曲性能、張力疲勞性能也是現(xiàn)有高性能纖維中最強的，具有突出的抗沖擊和抗切割韌性。一根只有頭發(fā)四分之一粗的超高分子量聚乙烯纖維，用剪刀都難以剪斷。加工完成的紡織物必須用特殊機器才能切割。

8、UHMWPE還具有優(yōu)良的電氣絕緣性能。

9、衛(wèi)生無毒，可用于接觸食品和藥物。超高分子量聚乙烯纖雛與其它工程塑料相比，主要存在耐熱性、剛度和硬度偏低等不足，但可以通過“填充”和“交聯(lián)”等方法來改善；從耐熱性來看，UHMWPE的熔點（136℃）與普通聚乙烯大體相同，但因其分子量大，熔融粘度高，故加工難度大。

該纖維已經(jīng)廣泛應(yīng)用于武器研發(fā)、航空航天、航海、電子、兵器、造船、建材、體育、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域，國際市場每噸價格高達3萬美元以上。因此高性能纖維的發(fā)展是一個國家綜合實力的體現(xiàn)，也是建設(shè)現(xiàn)代化強國的重要物資基礎(chǔ)。上世紀(jì)90年代以后，生產(chǎn)該類纖維的美國、日本、荷蘭等國明確規(guī)定，對社會主義國家實行技術(shù)封鎖和軍備產(chǎn)品統(tǒng)籌禁運。中國在突破關(guān)鍵技術(shù)后，近幾年在該領(lǐng)域發(fā)展迅猛。

江蘇中益超高分子量聚乙烯碳納米管復(fù)合纖維ZY-102

3.世界超高分子量聚乙烯纖維概況

關(guān)于超高分子量聚乙烯纖維的基礎(chǔ)理論，早在上世紀(jì)30年代就有人提出過；然而真正在技術(shù)上取得重大突破的是凝膠紡絲法和增塑紡絲法。上世紀(jì)70年代，英國利茲大學(xué)的Capaccio和Ward首先研制成功分子量為10萬的高分子量聚乙烯纖維，1975年荷蘭帝斯曼公司（DSM）利用十氫萘做溶劑發(fā)明了凝膠紡絲法(Gelspinning)，成功制備出了UHMWPE纖維，并于1979年申請了專利。此后經(jīng)過十年的努力研究，證實凝膠紡絲法是制造高強聚乙烯纖維的有效方法，具有工業(yè)化前途。由于高強聚乙烯纖維具有優(yōu)異的性能和廣泛的用途，其原材料取得容易，生產(chǎn)成本低廉，立即引起世界工業(yè)強國的注意。

1983年日本三井石化公司采用凝膠擠壓超倍拉伸法，以石蠟作溶劑，生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維，商品名為Tekmilon。

1984年荷蘭帝斯曼公司開始與日本東洋紡織(株式會社)滋賀工廠合資建設(shè)生產(chǎn)能力為50噸/月的中試工廠，商品名為DyneemaSK-60。銷售地區(qū)僅限日本和中國臺灣省，年產(chǎn)量約600噸。

1986年美國的聯(lián)合信號公司(AlliedSignal)購買了荷蘭專利，把溶劑換成了礦物油，開發(fā)出了自己的生產(chǎn)工藝并申報了專利，于1988年實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，其纖維商品名為Spectra900，Spectra1000。1990年聯(lián)合信號公司公司被美國霍尼韋爾公司兼并，繼續(xù)生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維，商標(biāo)為spectra，年產(chǎn)量約3000噸。

1990年荷蘭帝斯曼公司的黑爾倫(Heerlen)工廠開始工業(yè)化生產(chǎn)，商標(biāo)為"迪尼瑪"(Dyneema)。年產(chǎn)量約5000噸,是世界上產(chǎn)量最高質(zhì)量最佳的制造商。

目前超高分子量聚乙烯纖在世界范圍內(nèi)屬于稀缺物資，全世界年需求量約5萬噸，其中美國占70%。但具備生產(chǎn)能力的僅有荷蘭帝斯曼公司（DSM）、美國霍尼韋爾公司(Honeywell)、日本東洋紡公司（Toyobo）、日本三井石化公司，和中國的數(shù)家公司。全世界產(chǎn)量總和僅有10000噸左右。

據(jù)專家預(yù)測，未來10年內(nèi)超高分子量聚乙烯纖維每年的市場年需求量將在10萬噸以上，市場潛力巨大。盡管荷蘭帝斯曼公司、美國霍尼韋爾公司和日本三井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，但仍不能滿足市場需求。

荷蘭帝斯曼公司的黑爾倫(Heerlen)工廠

2001年美國發(fā)生911事件后，防彈衣用產(chǎn)品需求激增，荷蘭帝斯曼公司迅速擴建，將生產(chǎn)能力增加10％以上。2006年荷蘭帝斯曼公司在美國北卡羅來納州Greenville工廠原有生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，再新建1條生產(chǎn)線，使該公司纖維生產(chǎn)線總數(shù)達到10條，新裝置于2008年早期投產(chǎn)。Greenville工廠的產(chǎn)品主要供應(yīng)美國軍隊和執(zhí)法機構(gòu)。

2006年荷蘭帝斯曼公司與美國霍尼韋爾公司，就有關(guān)超高分子量聚乙烯纖維的分歧達成諒解，霍尼韋爾公司默認(rèn)帝斯曼公司在美國境內(nèi)的擴產(chǎn)計劃。霍尼韋爾公司生產(chǎn)工藝的主要輔料為氟氯化碳(俗稱氟利昂) ，而氟利昂的使用給其擴產(chǎn)帶來了巨大技術(shù)障礙。

目前歐美和日本的超高分子量聚乙烯纖維用途結(jié)構(gòu)有一定差異。歐美主要用于防彈衣和武器裝備，占總量60%-70%，其次為繩纜占20%，漁網(wǎng)等占5%、勞動防護占5%。日本主要用于繩纜、漁網(wǎng)、防護類，特別是防切割手套，在汽車生產(chǎn)涂漆工序的使用已達到超高分子量聚乙烯纖維總需求量的1/4。2003年4月日本三井公司開始建設(shè)新的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)線，加上原來的生產(chǎn)裝置，使日本的年設(shè)計生產(chǎn)能力達到600噸。產(chǎn)品重點放在擴大作業(yè)手套、釣魚線和繩纜市場上。

超高分子量聚乙烯纖維——防彈衣的主要材料解放軍QGF-02型防彈頭盔，于1997年裝備駐港部隊，逐步成為我軍制式頭盔，2005年底部隊開始換裝03式防彈頭盔。該頭盔重量1.25公斤，主要材料是尼龍增強樹脂、玻璃纖維及芳綸（凱夫拉纖維）。在54式手槍5米射距垂直入射條件下，該頭盔的抗彈率為100％。來源：中華論壇網(wǎng)

4.UHMWPE的應(yīng)用領(lǐng)域

由于超高分子量聚乙烯纖維具有眾多的優(yōu)異特性，它在高性能纖維市場上，包括從海上油田的系泊繩到高性能輕質(zhì)復(fù)合材料方面均顯示出極大的優(yōu)勢，在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭和航空、航天、海域防御裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。

中國遠赴亞丁灣執(zhí)行反海盜任務(wù)的“蛟龍突擊隊”，身著全套防彈裝。來源：中華論壇網(wǎng)

在國防軍需裝備方面，由于該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導(dǎo)彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌、降落傘等，其中以防彈衣的應(yīng)用最為引人注目。它具有輕柔的優(yōu)點，防彈效果優(yōu)于芳綸，現(xiàn)已成為占領(lǐng)美國防彈背心市場的主要纖維。另外超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料的比彈擊載荷值U/p是鋼的10倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍多。國外用該纖維增強的樹脂復(fù)合材料制成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強的復(fù)合材料頭盔的替代品。

在航天工程中，由于該纖維復(fù)合材料輕質(zhì)高強和抗沖擊性能好，適用于各種飛機的翼尖結(jié)構(gòu)、飛船結(jié)構(gòu)和浮標(biāo)飛機等。該纖維也可以用作航天飛機著陸的減速降落傘和飛機上懸吊重物的繩索，取代了傳統(tǒng)的鋼纜繩和合成纖維繩索，其發(fā)展速度異常迅速。

在民用領(lǐng)域，用該纖維制成的繩索、纜繩、船帆和漁具適用于海洋工程，在自重下的斷裂長度是鋼繩的8倍，是芳綸的2倍。該繩索用于超級油輪、海洋操作平臺、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強度降低和斷裂，需經(jīng)常進行更換的問題。

船舶纜繩事關(guān)船舶安全的命脈，其必須具備高強度、耐腐蝕、耐老化等特性，超高分子量聚乙烯纖維是制造船用纜繩的最佳材料，其強度要遠遠高于鋼纜，而重量則大為減輕。圖為海南文昌油田10萬噸級FPSO海上浮式儲油船——海洋石油116號"。

在工業(yè)應(yīng)用中，該纖維及其復(fù)合材料可用作耐壓容器、傳送帶、過濾材料、汽車緩沖板等；建筑方面可以用作墻體、隔板結(jié)構(gòu)等，用它作增強水泥復(fù)合材料可以改善水泥的韌度，提高其抗沖擊性能。由于UHMWPE具有優(yōu)良的耐磨性、耐沖擊性，它在機械制造行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，可制作各種齒輪、凸輪、葉輪、滾輪、滑輪、軸承、軸瓦、軸套、削軸、墊片、密封墊、彈性聯(lián)軸節(jié)、螺釘?shù)葯C械零部件。

在體育用品上已經(jīng)制成安全帽、滑雪板、帆輪板、釣竿、球拍及自行車、滑翔板、超輕量飛機零部件等，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料。日本三井石油化學(xué)公司制造的UHMWPE滑冰場，1975年在Kagoshima縣對外開放，其造價為一般滑冰場的1/4。

寧波大成新材料股份有限公司研制的防切割紡織面料 來源：中華論壇網(wǎng)

在醫(yī)學(xué)方面，該纖維增強復(fù)合材料用于牙托材料、醫(yī)用移植物和整形縫合等領(lǐng)域，它的生物相容性和耐久性都較好，并具有高的穩(wěn)定性，不會引起過敏，已作臨床應(yīng)用。還用于醫(yī)用手套和其他醫(yī)療措施等方面。

5.中國超高分子量聚乙烯纖維概況

我國是個化纖大國，2007年化纖產(chǎn)量占世界的54%，有著較為堅實的工業(yè)基礎(chǔ)，但在高性能纖維發(fā)展方面較為滯后。自1985年我國開始超高分子量聚乙烯纖維的研究，東華大學(xué)（原中國紡織大學(xué)）、鹽城超強高分子材料工程技術(shù)研究所先后加入研發(fā)行列，并取得了一系列重大理論突破，1999年突破關(guān)鍵性生產(chǎn)技術(shù)。成為繼荷蘭、日本、美國之后，第四個掌握這種纖維生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)的國家。

國產(chǎn)防彈陶瓷插板安裝在防彈背心內(nèi)，可以抵御20米距離內(nèi)，國產(chǎn)95式自動步槍5.8mm鋼芯彈，和7.62mm狙擊步槍彈的侵徹。以超高分子量聚乙烯纖維做內(nèi)襯，可進一步提高防彈性能。

目前國內(nèi)有北京同益中特種纖維技術(shù)開發(fā)有限公司、湖南中泰特種裝備有限公司、寧波大成新材料股份有限公司、山東愛地高分子材料有限公司等多家生產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維的企業(yè)。他們的生產(chǎn)設(shè)備制造、安裝、調(diào)試主要由鹽城市神泰紡織器材有限公司提供支持。

圖為寧波大成新材料股份有限公司用超高分子量聚乙烯纖維研制的防切割手套

其中北京同益中特種纖維技術(shù)開發(fā)有限公司，經(jīng)過近十年的技術(shù)發(fā)展，已建成年產(chǎn)600噸超高分子量聚乙烯纖維的生產(chǎn)基地。寧波慈溪大成新材料股份有限公司從1996年開始聯(lián)合東華大學(xué)進行研發(fā)，歷時4年發(fā)明了混合溶劑，并申請了9項專利，于2000年實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。山東愛地高分子材料有限公司從2005年8月開始該纖維的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)，經(jīng)過兩年半技術(shù)攻關(guān)，該公司采用自主技術(shù)陸續(xù)建成了7條UHMWPE生產(chǎn)線，總產(chǎn)能達到2000噸/年。預(yù)計2010年該公司所有生產(chǎn)線投產(chǎn)后，總產(chǎn)能將達到5000噸/年，成為亞洲第一、世界第二的超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)企業(yè)。

安徽皖維集團有限責(zé)任公司是中國最大的聚乙烯醇（PVA）生產(chǎn)企業(yè)、世界第二的高強高模聚乙烯醇出口基地，制成的基布，以及氧類熱固性樹脂復(fù)合固化后產(chǎn)生的纖維增強復(fù)合材料，具有輕巧耐高溫的優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于航天航空、裝甲材料等高技術(shù)領(lǐng)域。公司與解放軍總后勤部軍需研究所合作，成功開發(fā)出超高強度PVA長絲，使我國成為全球第二個擁有該技術(shù)的國家，其超薄、柔韌的特性成為新一代的防彈纖維，可以用來批量制造防彈頭盔、防彈服和防爆服。且每件防彈衣僅需1-1.5公斤，而性能遠勝于國外同類產(chǎn)品。

目前我國國產(chǎn)超高分子量聚乙烯纖維的強度已經(jīng)達到荷蘭最高等級產(chǎn)品的水平，而成本要遠低于荷、美、日的同類產(chǎn)品。寧波大成新材料公司研制的防彈衣技術(shù)指標(biāo)在同類產(chǎn)品中達到了國際先進水平，其中最高規(guī)格的防彈衣可以擋住機槍子彈在7米距離射擊，而這個距離的機槍殺傷力可以擊穿20mm厚的鋼板。2004年寧波大成出口4萬多件防彈衣，2005年增長到15萬件，僅英國政府就購買了2萬多件，銷售額2億多元。其相關(guān)產(chǎn)品已陸續(xù)在裝甲防護、航天航空、航艇繩纜、深海抗風(fēng)浪網(wǎng)箱、體育器材等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。大成公司已形成年產(chǎn)2000噸高強聚乙烯纖維及制作25萬套防彈衣、防彈頭盔、300噸防彈板材、300噸高強繩索、600萬雙防切割手套的生產(chǎn)能力。

2009年7月26日，中國第三批遠赴亞丁灣執(zhí)行反海盜任務(wù)的“舟山”艦海軍特戰(zhàn)隊員在左舷甲板操練，身著全套防彈裝具。來源：中華網(wǎng)論壇

國家在“十一五”《紡織工業(yè)科技進步發(fā)展綱要》中重點將超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)化研發(fā)列為紡織行業(yè)重點突破的28項關(guān)鍵技術(shù)之首。東華大學(xué)和鹽城超強高分子材料工程技術(shù)研究所正聯(lián)合研究開發(fā)新一代產(chǎn)量高、質(zhì)量好的生產(chǎn)工藝和裝備技術(shù)。

隨著超高分子量聚乙烯纖維在我國實現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，以及生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價格的下降，必將迅速帶動中國在其國防和民用應(yīng)用領(lǐng)域的研究和發(fā)展，尤其是在民用領(lǐng)域（繩纜、遠洋漁網(wǎng)、海上養(yǎng)殖、勞動防護類），應(yīng)用范圍將不斷擴展，社會惠及面越來越廣，市場需求保持旺盛增長。中國超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展對國防建設(shè)和軍事裝備也將有著不同尋常的戰(zhàn)略意義。

2007年11月，德國總理默克爾穿著防彈衣與駐阿富汗德軍執(zhí)勤士兵合影

來源：新浪博客 超級工程一覽

如欲加入艾邦高分子微信交流群，可以加群主：18319055312

閱讀原文查看更多的塑料基礎(chǔ)

↓↓↓

始發(fā)于微信公眾號：艾邦高分子