（1）超高分子量聚乙烯纖維概況
超高分子量聚乙烯纖維是目前世界上比強度與比模量最高的纖維，是采用平均相對分子量在 100 萬以上的聚乙烯作為原料，通過特殊紡絲工藝制造的一種高性能纖維，是繼碳纖維、硼纖維和芳綸纖維之后出現(xiàn)的第四大特種纖維。超高分子聚乙烯纖維具有高取向度，高結(jié)晶度，微纖沿拉伸方向排列規(guī)整度高，此結(jié)構(gòu)賦予其良好的機械性能例如高比強度與高比模量、耐磨損、耐低溫、柔韌性好等諸多優(yōu)異性能。
舉例來說，超高分子量聚乙烯纖維的抗沖擊韌性非常好，具有較強的比沖擊吸收能量，其程度是玻璃纖維復合材料的 1.8 倍、芳綸的 2.6 倍、碳纖維的 3倍，因此超高分子量聚乙烯纖維在防沖擊與吸能領(lǐng)域有非常好的應用，例如用作防彈衣、防砸頭盔、防切割手套、警用防刺服等。同樣值得注意的是，在同等纖維強度下，超高分子量聚乙烯纖維具備較明顯的輕質(zhì)優(yōu)勢，碳纖維、芳綸的密度分別為 1.5~2.0g/cm3、1.3~1.5g/cm3，相比之下超高分子量聚乙烯纖維密度一般略低于 1.0g/cm3。除此方面外，超高分子量聚乙烯纖維還被廣泛用于制作繩纜、漁網(wǎng)、體育器械等應用方向，或被用于融入其他材料形成復合材料以改變材料性能，此方面同樣為超高分子量聚乙烯纖維未來的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
（2）超高分子量聚乙烯纖維行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
①全球超高分子量聚乙烯纖維市場情況
近年來，超高分子量聚乙烯纖維在產(chǎn)品性能逐漸提升、應用領(lǐng)域穩(wěn)步拓展，產(chǎn)能規(guī)模不斷加碼三重因素帶動的背景下，其需求在全球范圍內(nèi)穩(wěn)定增長。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)，2020 年全球超高分子量聚乙烯纖維需求量為 9.80 萬噸，產(chǎn)能為 6.56 萬噸，產(chǎn)能缺口達33.06%，預計 2020-2025 年全球超高分子量聚乙烯纖維需求量將維持 10%-15%的增長速度，到 2025 年需求量將達到 16.50 萬噸。
2022 年全球超高分子量聚乙烯纖維的需求量約為 12.68 萬噸，2020 年至 2022 年復合增長率達 13.75%，到 2026 年需求量將達到 22.72 萬噸。
②我國超高分子量聚乙烯纖維市場情況
我國超高分子量聚乙烯纖維的產(chǎn)業(yè)化時間晚于國際市場，但市場需求量逐年攀升，由 2015 年的約 2 萬噸攀升至 2022 年的 6.76 萬噸，期間增速約 19%。我國于 2019 年在《重點新材料首批次應用示范指導目錄》中將超高分子量聚乙烯纖維定義為關(guān)鍵戰(zhàn)略材料；同年，國內(nèi)超高分子量聚乙烯纖維的理論需求量4.25 萬噸首次超越了國內(nèi)產(chǎn)能 4.10 萬噸，并在 2020 年顯現(xiàn)出差距擴大的趨勢，未來國內(nèi)整體行業(yè)的供需關(guān)系將更加顯現(xiàn)出供不應求的趨勢。2022 年中國超高分子量聚乙烯纖維需求量為 6.76 萬噸，產(chǎn)能為 4.78 萬噸。
我國超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)需求的快速增長可進一步分拆至各個細分應用領(lǐng)域驅(qū)動所帶來的增長，這些應用領(lǐng)域主要包括國防裝備、海洋產(chǎn)業(yè)、與安全防護領(lǐng)域等。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計，我國超高分子量聚乙烯纖維細分安全防護領(lǐng)域市場需求量由 2015 年的 0.14 萬噸迅速拓展至 2019 年的 0.81 萬噸，預計 2023 年國內(nèi)市場將存在 1.69 萬噸用于安全防護領(lǐng)域的超高分子量聚乙烯纖維的整體需求，2015 年至 2023 年的期間增速高達 36.53%。后續(xù)，隨著產(chǎn)業(yè)政策的加碼支持與應用領(lǐng)域需求的不斷拓寬，各細分領(lǐng)域?qū)槌叻肿恿烤垡蚁├w維帶來龐大的市場需求。
（3）超高分子量聚乙烯纖維行業(yè)發(fā)展趨勢
從行業(yè)端出發(fā)，在國內(nèi)外需求快速增長的背景下，超高分子量聚乙烯纖維近年在國內(nèi)產(chǎn)能缺口有所擴大。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計，國內(nèi)超高分子量聚乙烯纖維使用需求在 2019 年達到 4.25 萬噸，同年產(chǎn)能僅為 4.1 萬噸，產(chǎn)能缺口約0.15 萬噸；根據(jù)中商研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022 年產(chǎn)能缺口持續(xù)擴大至 1.98 萬噸，需求端顯現(xiàn)出更強的增長動能。
除傳統(tǒng)特種防護、軍事裝備用纖維外，超高分子量聚乙烯纖維在民用安防、海洋產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域需求也表現(xiàn)出高速增長趨勢，在民用安防領(lǐng)域，超高分子量聚乙烯纖維具有良好的紡織加工性能，由該纖維制成的面料兼顧透氣、舒適、耐磨、壽命長等優(yōu)勢；在海洋產(chǎn)業(yè)，超高分子量聚乙烯纖維與鋼絲纜繩相比具有輕質(zhì)、高強、不吸水、絕緣性好等優(yōu)勢。
至 2025 年來源于安全防護與海洋產(chǎn)業(yè)的需求占比亦有望分別提升至 20%以上，為整體行業(yè)快速擴容奠定堅實基礎(chǔ)。除現(xiàn)已形成規(guī)模計入統(tǒng)計軍事裝備、海洋產(chǎn)業(yè)、安全防護、紡織、體育器械、建筑等細分領(lǐng)域，超高分子量聚乙烯纖維在其余多種領(lǐng)域的應用。
從技術(shù)端出發(fā)，斷裂強度與抗蠕變性能是衡量超高分子量聚乙烯纖維表現(xiàn)的兩個重要指標，盡管此種材料已具有眾多優(yōu)越性能，例如高比模量、耐磨損、耐低溫、柔韌性好等。但由于結(jié)構(gòu)上的特點，超高分子量聚乙烯纖維的熔點僅為 140 攝氏度左右，在載荷作用下抗蠕變性能較差，蠕變?yōu)殡S時間推移固體材料應變時間延長的現(xiàn)象，此情況隨著使用溫度的升高更加明顯。為了實現(xiàn)改善材料性能、環(huán)保生產(chǎn)、應用領(lǐng)域更廣泛等目標，行業(yè)內(nèi)在制備超高分子量聚乙烯纖維的技術(shù)路線上形成了幾種趨勢與嘗試。
在制備路徑方面，國內(nèi)企業(yè)大多選擇相對成熟的濕法路線，但制備過程中的紡絲溶劑需要在紡絲后期進行萃取和干燥，技術(shù)路徑雖較為簡單，但需更加關(guān)注環(huán)保與安全生產(chǎn)潛在的問題。相比之下，以荷蘭 DSM 為代表的干法制備路線可滿足未來持續(xù)趨嚴的環(huán)保要求。但此種工藝技術(shù)對調(diào)節(jié)聚乙烯樹脂的分子量與粒徑分布提出了較高的要求，需配合以擠出機特定的壓力與對樹脂的溶脹狀態(tài)的控制，方能制成性能表現(xiàn)較好的超高分子量聚乙烯纖維材料。
荷蘭 DSM生產(chǎn)的 Dyneema 纖維斷裂強度可達到 43cN/dtex，2022 年 9 月美國 Avient 完成對荷蘭帝斯曼超高分子量聚乙烯纖維業(yè)務收購；相比之下，國內(nèi)主流產(chǎn)品斷裂強度多集中于 30~35cN/dtex 區(qū)間，仍有技術(shù)突破的空間。通過持續(xù)優(yōu)化升級工藝路線可進一步拓寬超高分子量聚乙烯纖維在民用領(lǐng)域的應用。同樣也由于干法路線制成的纖維光澤較位飽滿、制劑殘留量較低、材質(zhì)較為柔軟等優(yōu)點，掌握技術(shù)后可進一步拓展至家紡、醫(yī)用、個體防護等民用領(lǐng)域，以新技術(shù)創(chuàng)造新增量。
除上述兩種制備技術(shù)路線以外，超高分子量聚乙烯纖維的熔融制備路線目前也處于緊密開發(fā)階段。熔融路線具有工藝簡單、不需要大量溶劑、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢。日本東洋紡公司已于 2008 年成功研發(fā)高強防切割熔融紡聚乙烯纖維并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。國內(nèi)例如北京化工大學與上?；ぱ芯吭阂苍趯嶒炇页晒χ苽淞巳奂徖w維，與國外的成熟工業(yè)化仍存在較大差距。但總體來看，熔紡制備的超高分子量聚乙烯纖維強度只有干法或濕法路線紡絲纖維的 50%左右，后續(xù)實驗人員通過調(diào)節(jié)拉伸溫度、樹脂種類、冷卻速度等參數(shù)持續(xù)改善熔融制備路線的實用性制備，有望早日實現(xiàn)改善性能的工業(yè)化量產(chǎn)。
通過嘗試新制備路徑，調(diào)節(jié)制備參數(shù)以改善性能，未來具有更高斷裂強度、更好抗蠕變性能、更輕與柔軟材質(zhì)的超高分子量聚乙烯纖維將持續(xù)在現(xiàn)有防護裝備、海洋產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療、體育器材等細分領(lǐng)域提升產(chǎn)品性能。同時，性能更佳的纖維材料也可通過滿足新需求逐步打開新市場。
例如突破干法制備路徑生產(chǎn)的纖維制劑殘留量較低，可逐步拓展至手術(shù)縫線與醫(yī)療包裝等領(lǐng)域；通過提升斷裂強度的纖維，可進一步拓展至生產(chǎn)高強度海上捕魚網(wǎng)與系泊纜繩；柔軟度表現(xiàn)較好的纖維可用作運動類親膚材質(zhì)使用?？偟膩砜矗夹g(shù)改善與應用領(lǐng)域拓展共同構(gòu)筑了超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)品的供求關(guān)系緊張趨勢，預計未來超高分子量聚乙烯纖維供不應求的現(xiàn)狀將持續(xù)。
