[00146623]高强高模聚乙烯纤维级UHMWPE专用树脂的关键技术研发及产业化

1、课题来源与背景 高强高模聚乙烯（UHMWPE）纤维,是继碳纤维和芳纶之后出现的世界第三代特种纤维,是目前已工业化纤维材料中比强度和防弹性能最高的纤维,在同等重量的情况下,其强度相当于优质钢丝的15倍。由于UHMWPE纤维的用途及特殊性,国外公司一直对中国实行技术及相关资料封锁。UHMWPE纤维制备技术国外公司往往具有原料开发到纤维加工的成套技术,保证了纤维产品的性能稳定并有利于节约成本。UHMWPE原料生产与纤维制备在国内已初具规模,然而至今没有单位或公司具有完全自主知识产权的从原料开发到纤维制备的成套产业化技术,使得在原料生产与纤维制备之间出现脱节,大大制约了UHMWPE纤维的生产与性能的稳定。 2、技术原理及性能指标 项目的目标是在成功研制板材、管材等UHMWPE专用树脂的基础上,提高UHMWPE树脂的科技含量,研制并成功开发高强高模聚乙烯纤维级UHMWPE专用树脂。具体完成的目标如下： 1)、开发出用于合成纤维级UHMWPE专用树脂的新型催化剂： 催化活性≧20000gPE/gCat （0.5Mpa 压力下,平均停留4小时）,催化剂的平均粒径为20～25微米,催化剂的粒度分布宽度（d90-d10）/d50＜1.5,催化剂流动性好,反应过程中不粘釜; 2)、合成出纤维级UHMWPE专用树脂,其中： （1）湿法路线专用树脂SLL-X400： 树脂的粘均分子量稳定且在370～430万,分子量分布窄;平均粒径为150～180微米,粒径60目～120目范围≧80.0,表观密度0.40～0.48g/cm3,弹性模量≧700.0MPa,拉伸强度≧33.0MPa,断裂伸长率≧330.0%。 干法路线专用树脂SLL-X600： 树脂的粘均分子量稳定且在570～630万,分子量分布窄; 平均粒径为150～180微米,粒径60目～120目范围≧80.0,堆积密度0.40～0.48g/cm3;弹性模量≧700.0MPa,拉伸强度≧33.0MPa,断裂伸长率≧310%。 3)、UHMWPE专用树脂纺制得高性能纤维,其中： （1）细旦纤维（干法路线）： 纤维旦数：100～400D,断裂强度≥35cN/dtex,模量≥1200cN/dtex,断裂伸长率：3.0～3.6%。 （2）高旦纤维（湿法路线）： 纤维旦数：1000～2000D,断裂强度≥32cN/dtex,模量≥1100cN/dtex,断裂伸长率：3.0～3.6%。 4)、项目形成了具有自主知识产权的从UHMWPE催化剂、纤维级专用树脂到纺丝、纤维性能评价等成套技术,完成发明专利4篇,发表研究性论文3篇。 3、技术的创造性与先进性 本项目是从高效催化剂制备、UHMWPE聚合到UHMWPE纤维成形的系列研发。突破制约我国高性能纤维发展的瓶颈,使国产UHMWPE纤维能够满足我国防护材料、高强缆绳、特种复合材料等高端市场的需求。 创新点包括： 1)采用对催化剂载体成型参数和给电子体进行调变,改善催化性能,获得高效UHMWPE催化剂,并能调节聚合体的分子量大小; 2)根据催化剂特性与所要制得树脂基本物性调节并优化聚合工艺条件,制备UHMWPE纤维级专用料; 3)根据UHMWPE纤维级专用树脂的具体要求,设计并形成包括溶解、纺丝、萃取、拉伸等过程在内的UHMWPE纤维成形工艺,获得性能优良且稳定的国产化UHMWPE纤维; 4)系统分析UHMWPE原料的物理性能,并与UHMWPE纤维性能进行对应,形成原料到纤维的评价系统,用于指导纤维级专用料的开发以及纺丝工艺的稳定、优化。 通过本项目的研发,聚合出UHMWPE高效催化剂,并应用于上海化工研究院上海联乐化工研究院的UHMWPE纤维级专用料生产,并对UHMWPE原料性能到纤维性能的评价系统做了分析,项目研发的UHMWPE纤维级专用料各项性能指标均超过目前国内外市售的UHMWPE纤维用树脂,经由该纤维级专用树脂纺制的纤维力学性能达到国际先进水平。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 UHMWPE树脂的内在及表观结构（质量）,包括分子量、分子量分布、颗粒大小、颗粒度分布及堆砌密度等,对纤维的成形工艺和纤维性能影响显著。项目攻关前,公司以生产通用UHMWPE树脂为主,用于管材、板材、烧结材料的加工;项目攻关后,公司推出SLL-X400、SLL-X600两个牌号的纤维专用树脂,结合纺丝工艺的具体特征,产品在分子量（特性粘度）的控制,树脂颗粒分布、挥发物、力学性能等方面的指标均有较大的提升,确保树脂的纺丝工艺稳定,所得纤维性能达到国际先进水平,同时针对不同纺丝路线提供不同分子量及其性能指标的专用树脂。 5、应用情况及存在的问题 公司在上海化工研究院金山工业园已建成5000吨/年UHMWPE基础树脂的生产装置。公司生产、科研、财务、销售班子完善。近年已向江苏、山东、辽宁等地的应用企业销售UHMWPE树脂累计超过1.5万吨,特别是与中石化仪征化纤、上海斯瑞等UHMWPE纤维知名生产厂家形成稳定的合作关系,每月稳定供应UHMWPE纤维专用树脂超过300吨。 6、历年获奖情况 2011年公司的“纤维级超高分子量聚乙烯”被上海市科委认定为“上海市高新技术成果转化项目” （项目编号：201108337）和“具有自主知识产权成果转化项目”;2012年又荣获“国家重点新产品证书” （项目编号：2012GRC00019）。