全球超高分子量聚乙烯纤维市场细分应用领域广泛,并且在各领域均展现出独特的优势和广阔的应用前景,随着技术的不断进步和市场的持续发展,UHMWPE纤维的应用领域还将进一步拓展和深化。
1、海洋渔业
超高分子量聚乙烯纤维具有高强高模、耐腐蚀、耐磨损、耐光照、柔韧性好的特征,是制造绳缆的优秀材料,且由于其质量轻,密度只有0.97g/cm³,是高性能纤维中密度唯一小于1可漂浮于水上的纤维,用其制造的绳索可漂浮于水上。在强度方面,超高分子量聚乙烯纤维绳索在自重条件下的断裂长度是钢绳的8倍、是芳纶绳的2倍;在耐光性方面,超高分子量聚乙烯纤维在日光照射1500h后,强度仍能保持在80%以上;在化学稳定性方面,超高分子量聚乙烯纤维在海水中能有效解决钢绳的锈蚀问题和尼龙、聚酯缆绳在海水中的水解和紫外降解问题。基于超高分子量聚乙烯纤维的优异特性,其被广泛应用于海洋渔业。
2、军事装备
目前工业化、大规模生产的高性能纤维主要有芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维。由于超高分子量聚乙烯纤维具有耐冲击性能好、比能量吸收高、轻质、使用温度范围大等优势,其在军事装备领域发挥了重要作用。超高分子量聚乙烯纤维的比强度是芳纶纤维的1.7倍,因此,超高分子量聚乙烯纤维与芳纶纤维相比,可在相同防护等级的条件下减轻重量。专家表示,更加轻便的防护用品将降低穿戴的疲惫感,帮助士兵保持警觉,提升部队整体的作战能力和耐久性。此外,超高分子量聚乙烯纤维防护用品的使用温度可低至零下150℃,而芳纶在零下30℃就会失去防弹性能,因此在高寒地区,超高分子量聚乙烯纤维产品是防护用品的首选。
3、安全防护
超高分子量聚乙烯纤维防护用品与芳纶、碳纤维及陶瓷、钢铁、合金类防护用品相比,在保证防护性能的前提下,超高分子量聚乙烯纤维制成的防护材料超轻且能很好解决非贯穿性伤害。因此,在安全防护领域,超高分子量聚乙烯纤维主要用于生产防割手套、防刺服、安全绳索等。近年来各类灾害事故呈现出突发性强、经济损失大、人员伤亡多的特点,对防护材料、防护服装及防护技术提出了更高的要求,迫使安全防护用纤维纺织品迈向更广的应用领域、更高的技术水平发展,表现为防护范围延伸、内涵拓展和功能提升。由于超高分子量聚乙烯纤维具有良好的耐磨、防切割性能,经过特殊工艺处理,超高分子量聚乙烯纤维制成的防护手套能够应用于金属加工、玻璃加工等对防护要求较高的特殊行业。随着超高分子量聚乙烯产业化的不断发展,近年来产品逐渐普及,已经逐渐拓展到其他需要手部或其他部位防护的行业。
4、纺织用品
因为超高分子量聚乙烯纤维具有的独特性能,其在纺织品行业的应用非常广泛。之前因成本和价格等的局限,消费者的接受认可度不高。近几年,随着技术进步和超高分子量聚乙烯纤维成本的进一步下降,超高分子量聚乙烯纤维在民用纺织用品的应用已经进入快车道。超高分子量聚乙烯纤维经机织而成的面料具有明显的冰凉感,且具有良好的自润滑性、低吸水性、不粘性,以及优异的耐磨性、拉伸性能、耐冲击性能、耐化学药品性等,因此在床上用品、窗帘、座套、床垫、凉席、被罩、服饰面料上得到了广泛的应用。
其中,高端超高分子量聚乙烯纤维纺织品主要指,使用特数在50D及以下、单价在1500元/Kg及以上的超高分子量聚乙烯纤维制成的服饰及床上用品等。
5、体育用品
在体育用品领域,超高分子量聚乙烯纤维可制成安全帽、滑雪板、帆轮板、球拍及自行车、滑翔板等,其性能优于传统材料。超高分子量聚乙烯纤维制成的体育用品具有舒适性、凉感性、强度高、轻量化和耐磨等优异特性,因此被广泛地应用在登山绳、球拍网线、风筝线、射箭弓弦等绳索产品,及滑雪板、滑雪橇、球拍、赛车、滑翔板、赛艇、帆船、网球拍、帆轮板等复合材料产品。随着国内体育用品市场的高速增长,超高分子量聚乙烯纤维的需求也会相应快速增长。
其中,高端超高分子量聚乙烯纤维体育用品主要指,使用拉伸强度在3GPa及以上、拉伸弹性模量100GPa及以上的超高分子量聚乙烯纤维材料制成的体育用品及护具,主要为小众运动领域(如冲浪、滑雪、滑翔、赛车等)体育用品,以及部分定制类、造价较高的大众体育用品。
6、建筑工程
在建筑工程领域,超高分子量聚乙烯纤维可以与钢结构组合使用,用作增强材料,其可以增加结构的强度和刚度,提高抗震能力和承载能力,与传统的钢筋相比,超高分子量聚乙烯纤维具有更高的强度-质量比,可以降低结构自重,简化施工过程;其出色的强度和低伸展性,可以用于制作各种绳索、索具和绳网,用于悬挂和支撑建筑工程物、桥梁等重量较大的构件;由于其出色的耐磨性和抗冲击性能,超高分子量聚乙烯纤维可以提供有效的保护,减轻撞击、震动和其他外力对建筑工程物的影响,常用于制作防护材料,如防弹板、防撞墙、防刺网等;其低导热性能使其成为有效的隔热材料,可以降低建筑工程物的能耗,提高能源效率,可用于制作隔热材料,如隔热膜、隔热板等。除此,超高分子量聚乙烯纤维可以与土壤混合使用,用于地基增强,也可以用于制作防水材料,如防水膜、防水涂料等。
7、其他
在航空航天中,由于该纤维复合材料轻质高强和抗冲击性能好,因此可适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。
在医疗器材领域,超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料用于牙托材料、医用植入物和整形缝合等方面,其生物相容性和耐久性都较好,并具有高的稳定性,不会引起过敏,已进入临床应用。
在工业应用中,超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板等。由于超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料具有优良的耐磨性、耐冲击性,在机械制造行业中可制作各种齿轮、凸轮、叶轮、滚轮、滑轮、轴承、轴瓦、轴套、削轴、垫片、密封垫、弹性联轴节、螺钉等机械零部件。