超高分子量聚乙烯工艺研究

1 国内外市场情况

1.1 国外市场预测分析

1.1.1 市场供应现状及预测

全球超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）市场主要被国外企业占据，像美国的塞拉尼斯（Celanese）、巴西的布拉斯科（Braskem）、荷兰的帝斯曼（DSM）以及日本的三井化学等。其中，塞拉尼斯和布拉斯科这两家企业的产能就占到了全球的 71.2%。反观国内，虽然也有一定的产能规模，但在工艺技术水平和产品质量方面，与国际先进水平相比存在较大差距。在生产工艺上，国内大多采用相对落后的间歇法生产工艺，而国外普遍使用的是先进的连续淤浆法工艺。

1.1.2 市场需求现状与预测

1.1.2.1 国外市场

在国际市场上，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）的主要生产企业有美国塞拉尼斯旗下的泰科纳（Ticona）公司、巴西的波利阿尔登（Polialden）公司、荷兰的帝斯曼（DSM）公司以及日本三井化学公司等。泰科纳公司的生产能力达到 14 万吨 / 年（其中包含在中国独资企业的产能），波利阿尔登公司为 7 万吨 / 年，帝斯曼公司为 1 万吨 / 年，全球总生产能力（不包含中国产能）超过25 万吨 / 年。泰科纳公司是全球最大的 UHMW-PE 生产厂，占据全球约 40% 的市场份额。它能够生产适用于板材、异型材、蓄电池隔板、纤维、过滤器材等各种规格和牌号的产品，种类十分齐全，并且产品覆盖全球市场。帝斯曼公司的优势在于能生产特殊牌号的树脂，例如超细料及纤维料等，不过这些产品主要供自身使用，基本不对外销售。巴西的波利阿尔登公司主要接管了原美国蒙特（MONTELL）的经营业务，发展速度很快。它能为用户稳定提供分子量在 300万 -1000 万的原料，这些原料主要用于生产板材和异型材，在北美市场占据一定份额。随着制造业对材料特性的要求日益提高，UHMW-PE 树脂凭借其优异的特性，拥有广阔的市场前景。在传统军用领域的有力支撑以及民用领域市场的不断开拓下，未来 UHMW-PE 的需求将保持较高的增长态势，年复合增长率达到12.9%。到 2022 年，全球 UHMW-PE 的需求量已超过 41 万吨。

1.1.2.2 国内市场

我国上海高桥化工厂早在 1964 年就最早研制成功并实现了 UHMW-PE 的工业化生产。20 世纪 70 年代后期，北京助剂二厂、安徽化工研究院、广州塑料厂等也纷纷开始进行 UHMW-PE 的研发生产。经过多年的发展，如今 UHMW-PE 的生产厂家主要有上海联乐化工科技有限公司、中国石化燕山石化分公司、中玺新材料（安徽）有限公司、中国石化齐鲁分公司、九江中科鑫星新材料有限公司等，年产量大约在 5-6 万吨。2020 年，我国超高分子量聚乙烯行业的产能已经突破 10 万吨。主要生产企业中，赛拉尼斯南京工厂的产能为 3.4 万吨 / 年，但其产品全部用于出口；安庆中玺为 2 万吨 / 年；中石化燕山石化为 0.7 万吨/ 年；中石化齐鲁分公司为0.3 万吨/ 年；中石化扬子石化为0.2 万吨/ 年；上海联乐为 0.8 万吨 / 年；九江中科鑫星为 0.7 万吨 / 年。由于 UHMW-PE 制品的优异性能得到了越来越多市场参与者的认可，并且随着 UHMW-PE 加工技术的不断进步，特别是管材挤出技术、纤维制备、薄膜制备技术等方面的不断突破，UHMW-PE 制品的生产效率不断提高，应用领域也在持续扩大。下游加工生产企业纷纷扩产，这使得对 UHMW-PE 原料的需求不断增加。据市场调研分析，近年来国内 UHMW-PE 消费量的年均增长率超过 15‰ 。2020 年，国内超高分子量聚乙烯的需求量达到12 万吨。未来几年，超高分子量聚乙烯市场将迎来高速发展期，不仅会有新企业建成投产，现有企业也会扩大产能。预计到 2025 年，国内超高分子量聚乙烯的需求将超过 20 万吨。“十四五”期间，高性能化、低成本化及专用树脂化将是未来超高分子量聚乙烯树脂的主要发展趋势。对于中国生产企业来说，想要在市场中争取更大的份额，除了价格因素外，提升产品质量、大力发展国内超高性能超高分子量聚乙烯产品以打破国外产品的垄断，是首要任务。2022 年 12 月，斯尔邦石化 2 万吨 / 年超高分子量聚乙烯项目全流程顺利打通，并生产出合格产品。该项目是由寰球北京公司与天津合作研发工艺。

1.2 国内市场未来发展面临的挑战与机遇

尽管国内超高分子量聚乙烯市场呈现出良好的发展态势，但也面临着诸多挑战。一方面，国内企业在工艺技术上相对落后，导致产品质量参差不齐，在高端市场的竞争力不足。例如，间歇法生产工艺不仅生产效率低，而且产品的稳定性和一致性难以保证，这使得国内产品在一些对质量要求较高的领域难以与国外产品竞争。另一方面，国外企业在技术研发和市场拓展方面具有先发优势，已经建立了较为完善的销售网络和品牌影响力。国内企业要想突破这种局面，需要加大研发投入，引进先进技术和设备，提高生产工艺水平。然而，国内市场也存在着巨大的机遇。随着我国制造业的转型升级，对高性能材料的需求不断增加，超高分子量聚乙烯作为一种具有优异性能的材料，在航空航天、国防军工、汽车制造、电子信息等领域有着广阔的应用前景。此外，国家对新材料产业的支持力度不断加大，出台了一系列政策鼓励企业加大研发投入，提高自主创新能力。国内企业可以抓住这些机遇，加强产学研合作，提高产品质量和技术水平，开发出具有自主知识产权的产品，逐步实现进口替代。

2 超高分子量聚乙烯工艺的优化方法

2.1 上海化工研究院间歇法工艺技术

上海化工研究院所采用的间歇法工艺技术在国内超高分子量聚乙烯生产领域具有一定的代表性。该工艺在生产过程中，首先是将乙烯单体、催化剂以及合适的溶剂等加入到反应釜中。在特定的温度和压力条件下，引发聚合反应。由于是间歇式操作，每一批次的生产都需要经历进料、反应、出料等多个步骤。这种工艺的优点在于操作相对灵活，可以根据不同的产品需求，较为方便地调整反应条件和原料配比，从而生产出不同规格的超高分子量聚乙烯产品。例如，通过改变催化剂的种类和用量，能够对聚合物的分子量和分子结构进行一定程度的调控。然而，其缺点也较为明显。间歇法生产效率较低，每完成一批次的生产后，都需要对反应釜进行清洗、检查等操作，才能进行下一批次的生产，这就导致了生产周期较长。而且，产品质量的稳定性和一致性较差，不同批次之间的产品在性能上可能会存在一定的差异。这主要是因为在每次进料和反应过程中，很难保证所有的工艺参数完全一致，从而影响了产品的质量。

2.2 北京助剂二厂工艺技术

北京助剂二厂的工艺技术在超高分子量聚乙烯生产方面也有其独特之处。该厂的工艺在聚合反应的引发和控制上采用了一些特殊的方法。在反应开始前，对原料的预处理较为精细，以确保乙烯单体的纯度和活性，从而提高聚合反应的效率和产品质量。在催化剂的选择和使用上，北京助剂二厂经过长期的研究和实践，筛选出了一种能够在较低温度和压力下有效引发聚合反应的催化剂。这种催化剂不仅能够降低生产成本，还能减少能源消耗，具有较好的经济性。在反应过程中，该厂采用了先进的搅拌技术，使反应体系能够充分混合，保证了反应的均匀性。这有助于提高产品的分子量分布的均匀性，从而提升产品的性能。不过，该工艺也面临着一些挑战。随着市场对超高分子量聚乙烯产品质量要求的不断提高，北京助剂二厂需要进一步优化其工艺，以提高产品的稳定性和一致性。同时，在生产规模扩大的过程中，如何确保工艺的稳定性和可靠性，也是该厂需要解决的问题。

3 结语

综上所述，超高分子量聚乙烯性能优异，应用潜力大，市场前景广，国内外需求均呈增长态势。但国内产业发展面临诸多问题，市场方面，国内企业工艺技术和产品质量与国际先进水平有差距，高端市场竞争力不足，还面临国外企业销售网络和品牌影响力挑战；生产工艺上，上海化工研究院的间歇法工艺技术和北京助剂二厂的工艺技术均有局限性，如生产效率低、产品质量稳定性和一致性差。不过，国内市场也有机遇，我国制造业转型升级对高性能材料需求增加，国家对新材料产业支持力度加大，为产业发展提供了良好环境。国内企业应抓住机遇，加大研发投入，引进先进技术和设备，加强产学研合作，提高生产工艺水平和产品质量，开发有自主知识产权的产品，打破国外产品垄断，实现进口替代，争取更大市场份额，推动产业迈向更高发展阶段。

参考文献：

[1] 刘苹 . 超高分子量聚乙烯生产工艺进展 [J]. 精细石油化工进展，2024，25（06）：41-45.

[2] 闫海燕 . 超高分子量聚乙烯纤维产业现状及未来趋势 [J]. 现代化工，2024，44（11）：1-5.