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港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥，全长近50 km，宛如一条“巨龙”横卧在珠江与香港之间的伶仃洋面上，被誉为“世界新七大奇迹”。谁也不曾想到，如此浩大的工程与小小的纤维——超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维联系在一起。由我国自主研发的UHMWPE纤维具有无可比拟的性能优势，其组成的吊带可轻松吊起重达千吨的钢筋混凝土预制件，成功助力“港珠澳大桥”桥面的合拢吊装。
超高分子量聚乙烯纤维，如图1-45所示，又称高强高模聚乙烯纤维，与碳纤维、芳纶纤维并称当今世界三大高科技特种纤维。与普通的聚乙烯纤维相比，UHMWPE纤维强度及韧性更好，具有优良的抗冲击性和抗切割性、高耐磨性、耐化学腐蚀性等特性，其强度是钢铁的15倍，比碳纤维和芳纶1414（Kevlar）还要高2倍，是工业化纤维材料中比强度最高纤维之一。
图1-45 超高分子量聚乙烯纤维材料
UHMWPE纤维的优异性能离不开一种特殊的纤维成型工艺——冻胶纺丝工艺，其关键技术核心是减少宏观和微观的缺陷，使分子链几乎完全沿纤维轴向排列。根据UHMWPE纤维制备过程中使用溶剂及脱除方式不同，目前冻胶纺丝技术路线主要分为以荷兰帝斯曼（DSM）公司为代表的干法冻胶纺丝路线和以美国霍尼韦尔（Honeywell）为代表的湿法冻胶纺丝路线。两种冻胶纺丝工艺都大致可以分为四个环节：纺丝原液的制备、凝胶原丝挤出、溶剂脱除以及多倍热拉伸。与湿法工艺相比，干法工艺具有流程短、生产过程环保、产品综合性能高等特点。
20世纪70年末期，荷兰帝斯曼公司首次制备超高分子量聚乙烯纤维成功，并于1990年开始工业化生产。随后美国 Allied Signal（现为美国霍尼韦尔公司）和日本东洋纺（Toyobo）相继开展研究并实现商业化。我国从20 世纪 80 年代开始对UHMWPE纤维进行研究开发，继美国、荷兰之后拥有自主知识产权，现已成为UHMWPE纤维生产量第三大国，年产超过250吨。UHMWPE纤维产业链从树脂原料到纤维，再到终端产品，主要包括绳索、纺织物及复合材料三大类别，广泛应用于海洋产业、军工安防、医疗卫生、体育器械、轨道交通、市政建设等领域。
UHMWPE纤维具有高强高模、耐腐蚀、耐磨损、柔韧性好的特征，可防止海洋中微生物的附着，且材料密度只有 0.97 g/cm 3 ，可浮于海面上，是海面作业绳索的理想原料。如图1-46（a）所示，UHMWPE纤维绳索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。另外，如图1-46（b）所示，超高分子量聚乙烯纤维制成的渔网无吸水性、耐紫外线、强度高、网丝细，用作拖网阻力小，减少渔船能耗，提高了捕捞效率；加工成深海养殖网箱固定性好，力学性能优异，有效防止了食肉鱼对经济鱼的猎杀，降低了养殖成本。
图1-46 UHMWPE绳网制品
由于UHMWPE纤维具有质轻高强及比能量吸收高的特点，抗冲击能力优于碳纤维、芳纶等，是一种非常理想的防弹、防刺安全防护材料。以UHMWPE纤维为原料通过0～90°垂直排列制成无纬布，进一步复合加工而成防弹衣（图1-47（a））、防弹头盔（图1-47（b））等，这些防弹制品质量轻，防护性能比常规钢板强度优数倍。除此之外，在安全防护方面，UHMWPE纤维制品在防割手套（图1-47（c））、防刺服、降落伞、坦克装甲、轻型车辆中也具有广泛应用。
图1-47 UHMWPE纤维安全防护用制品
UHMWPE纤维因生物稳定性、相容性以及良好的物理机械性能被广泛应用于医学领域，例如外科移植构件、牙托产品、整形缝合线等医学材料。其中，在关节替代物的开发应用技术中发展时间最长且技术最成熟，已经有超过十年的临床经验和历史。近年，人耳支架材料、颅骨支架材料以及神经支架材料中均开始引入UHMWPE进行研发。
在纺织领域，超高分子量聚乙烯纤维凭借其独特的性能优势，可应用于制造具有凉感的床单、被面、枕套、枕巾、凉席、沙发垫、靠垫、高强缝纫线、牛仔面料等产品。在体育器械领域，超高分子量聚乙烯纤维可制成安全帽、滑雪板、帆轮板、钓竿用钓鱼线、球拍等，其综合性能优于传统材料。
由于UHMWPE纤维具有强度高的显著优势，可利用复合成型技术制作各种板材、型材、管材等复合材料。如图1-48所示，UHMWPE纤维复合增强管及其结构示意图，增强管可分为三层，内层为具有耐腐蚀、耐磨等功能的UHMWPE、中间层为钢丝、钢带、玻璃纤维、碳纤维等多层缠绕形成的增强层和外层则采用抗刮伤、耐老化高密度聚乙烯作为保护层。此外，UHMWPE纤维材料还可广泛应用于各类耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板、铁路公路桥梁支座垫片等领域。
图1-48 UHMWPE纤维复合增强管及其结构示意图
综合来看，UHMWPE纤维作为我国重点发展的关键战略材料，在国家产业政策的支持下，产品性能不断提高，技术水平持续提升，市场需求稳步增长。随着我国UHMWPE加工工艺和改性技术的成熟，落实产学研结合，加上生产成本的下降，将推动其在更多领域的应用。