超高分子量聚乙烯纖維在海洋產(chǎn)業(yè)的一些應(yīng)用
目前海洋產(chǎn)業(yè)是超高分子量聚乙烯纖維的第一大下游，消費(fèi)占比為 26%。其主要應(yīng)用于纜繩等材料，普遍用于負(fù)力繩索、重載繩索、救撈繩索、拖拽繩索、帆船索等。該纖維制成的繩索，在自重下的斷裂長(zhǎng)度是鋼繩的 8 倍，是芳綸的 2 倍，用于超級(jí)油輪、海洋操作平臺(tái)、燈塔等的固定錨繩，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和斷裂，需經(jīng)常進(jìn)行更換的問(wèn)題。更細(xì)分的，海洋領(lǐng)域用纜繩產(chǎn)品分為航運(yùn)系泊纜、海洋工程系泊纜、海洋浮標(biāo)系泊纜、海上能源設(shè)施系泊纜、海洋科考作業(yè)纜、休閑海洋纜索、海上吊裝作業(yè)纜、海洋漁業(yè)用纜繩。對(duì)于航運(yùn)系泊纜，其安全性與穩(wěn)定性問(wèn)題是研究熱點(diǎn)。目前，海洋浮標(biāo)系泊纜，國(guó)內(nèi)的研究尚處于發(fā)展初期，結(jié)合其他領(lǐng)域的系泊纜索發(fā)展態(tài)勢(shì)，合成纖維系泊纜索、系泊組合連接索、UHMWPE 纖維系泊纜、碳纖維復(fù)材系泊纜索等新型纜索及其組合纜索對(duì)傳統(tǒng)鋼制錨鏈的替代將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
超高分子量聚乙烯纖維在海洋產(chǎn)業(yè)中的優(yōu)勢(shì)
超高分子量聚乙烯纖維在海洋產(chǎn)業(yè)中具有顯著優(yōu)勢(shì)。首先，其強(qiáng)度極高，在自重下的斷裂長(zhǎng)度是鋼繩的 8 倍，是芳綸的 2 倍，這使得它在海洋環(huán)境中能夠承受巨大的拉力和壓力，保證繩索等產(chǎn)品的可靠性。其次，它具有出色的耐腐蝕性，能夠有效抵御海水的侵蝕，避免像傳統(tǒng)繩索那樣因腐蝕而降低強(qiáng)度和使用壽命。此外，超高分子量聚乙烯纖維質(zhì)量輕，密度小，便于運(yùn)輸和安裝，降低了操作成本。同時(shí)，它還具有良好的耐候性和耐紫外線性能，在惡劣的海洋氣候條件下仍能保持穩(wěn)定的性能。例如，在超級(jí)油輪、海洋操作平臺(tái)、燈塔等的固定錨繩應(yīng)用中，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和斷裂，需經(jīng)常進(jìn)行更換的問(wèn)題。其強(qiáng)度極高，在自重下的斷裂長(zhǎng)度是鋼繩的 8 倍，是芳綸的 2 倍，這使得它在海洋環(huán)境中能夠承受巨大的拉力和壓力，保證繩索等產(chǎn)品的可靠性。其次，它具有出色的耐腐蝕性，能夠有效抵御海水的侵蝕，避免像傳統(tǒng)繩索那樣因腐蝕而降低強(qiáng)度和使用壽命。此外，超高分子量聚乙烯纖維質(zhì)量輕，密度小，便于運(yùn)輸和安裝，降低了操作成本。同時(shí)，它還具有良好的耐候性和耐紫外線性能，在惡劣的海洋氣候條件下仍能保持穩(wěn)定的性能。
例如，在超級(jí)油輪、海洋操作平臺(tái)、燈塔等的固定錨繩應(yīng)用中，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和斷裂，需經(jīng)常進(jìn)行更換的問(wèn)題。其強(qiáng)度極高，在自重下的斷裂長(zhǎng)度是鋼繩的 8 倍，是芳綸的 2 倍，這使得它在海洋環(huán)境中能夠承受巨大的拉力和壓力，保證繩索等產(chǎn)品的可靠性。其次，它具有出色的耐腐蝕性，能夠有效抵御海水的侵蝕，避免像傳統(tǒng)繩索那樣因腐蝕而降低強(qiáng)度和使用壽命。此外，超高分子量聚乙烯纖維質(zhì)量輕，密度小，便于運(yùn)輸和安裝，降低了操作成本。同時(shí)，它還具有良好的耐候性和耐紫外線性能，在惡劣的海洋氣候條件下仍能保持穩(wěn)定的性能。例如，在超級(jí)油輪、海洋操作平臺(tái)、燈塔等的固定錨繩應(yīng)用中，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和斷裂，需經(jīng)常進(jìn)行更換的問(wèn)題。其強(qiáng)度極高，在自重下的斷裂長(zhǎng)度是鋼繩的 8 倍，是芳綸的 2 倍，這使得它在海洋環(huán)境中能夠承受巨大的拉力和壓力，保證繩索等產(chǎn)品的可靠性。其次，它具有出色的耐腐蝕性，能夠有效抵御海水的侵蝕，避免像傳統(tǒng)繩索那樣因腐蝕而降低強(qiáng)度和使用壽命。此外，超高分子量聚乙烯纖維質(zhì)量輕，密度小，便于運(yùn)輸和安裝，降低了操作成本。同時(shí)，它還具有良好的耐候性和耐紫外線性能，在惡劣的海洋氣候條件下仍能保持穩(wěn)定的性能。例如，在超級(jí)油輪、海洋操作平臺(tái)、燈塔等的固定錨繩應(yīng)用中，解決了以往使用鋼纜遇到的銹蝕和尼龍、聚酯纜繩遇到的腐蝕、水解、紫外降解等引起纜繩強(qiáng)度降低和斷裂，需經(jīng)常進(jìn)行更換的問(wèn)題。
超高分子量聚乙烯纖維海洋應(yīng)用的安全性研究
在超高分子量聚乙烯纖維的海洋應(yīng)用中，安全性是至關(guān)重要的研究方向。一方面，其高強(qiáng)度和耐腐蝕性確保了繩索等產(chǎn)品在海洋環(huán)境中的可靠性，降低了因繩索斷裂等問(wèn)題導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，在航運(yùn)系泊纜的應(yīng)用中，其穩(wěn)定性和安全性直接關(guān)系到船舶的停靠和航行安全。另一方面，對(duì)于海洋養(yǎng)殖網(wǎng)箱等應(yīng)用，纖維的安全性也體現(xiàn)在其對(duì)養(yǎng)殖生物的保護(hù)作用上；然而，也需要關(guān)注一些潛在的安全問(wèn)題，如纖維在長(zhǎng)期使用后的性能變化，以及在極端海洋環(huán)境下的表現(xiàn)等，科研人員正在通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)，來(lái)深入研究并解決這些問(wèn)題，以確保超高分子量聚乙烯纖維在海洋應(yīng)用中的安全性。
國(guó)內(nèi)海洋浮標(biāo)系泊纜的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國(guó)內(nèi)海洋浮標(biāo)系泊纜的研究尚處于發(fā)展初期。盡管在其他領(lǐng)域的系泊纜索發(fā)展取得了一定成果，但在海洋浮標(biāo)系泊纜方面仍有較大的提升空間。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)正積極投入資源，開(kāi)展技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新。但與國(guó)際先進(jìn)水平相比，在材料性能、制造工藝和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)等方面仍存在差距。不過(guò)，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)海洋產(chǎn)業(yè)的重視和投入不斷加大，以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信在未來(lái)國(guó)內(nèi)海洋浮標(biāo)系泊纜將取得更大的突破和發(fā)展。
例如，寧波柏泰塑料科技有限公司生產(chǎn)的一體式超高分子量聚乙烯抗撞燈浮。該燈浮的主浮體包括圓筒狀主體和設(shè)于圓筒狀主體上端的線纜管，均由超高分子量聚乙烯制成。其具有易辨認(rèn)的形狀與顏色，可安裝燈器及其他附加設(shè)備，用于淺水區(qū)警示標(biāo)志，包括燈器、頂標(biāo)、電池裝置、主浮體和尾管等部分。
這種海洋浮標(biāo)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，例如：利用超高分子量聚乙烯的自潤(rùn)滑性和不粘性，可使粉狀文件不易粘附在儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施上，保障穩(wěn)定保薦；相比其他材料制成的管道，其在保薦時(shí)管內(nèi)屏障更小，大大提高了保薦頻率；能夠解決傳統(tǒng)非金屬文件在寒冷潮濕天氣中物品會(huì)解凍粘附的問(wèn)題，從而縮小卸貨成本；用于海上浮標(biāo)時(shí)，相比鋼制錨鏈更耐腐蝕，強(qiáng)度更高，使用壽命更長(zhǎng)。
圖：超高分子量聚乙烯抗撞燈浮
未來(lái)海洋產(chǎn)業(yè)纜索的替代趨勢(shì)
未來(lái)，在海洋產(chǎn)業(yè)中，合成纖維系泊纜索、系泊組合連接索、UHMWPE 纖維系泊纜、碳纖維復(fù)材系泊纜索等新型纜索及其組合纜索對(duì)傳統(tǒng)鋼制錨鏈的替代將是主要發(fā)展趨勢(shì)。例如，海上能源設(shè)施系泊纜領(lǐng)域，高性能纖維系泊纜索、碳纖維復(fù)材系泊纜索等新型合成纖維及復(fù)材系泊纜將會(huì)有更加廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)鋼制系泊纜形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。這一趨勢(shì)的形成，是由于新型纖維材料具有更高的強(qiáng)度、更好的耐腐蝕性和更輕的重量等優(yōu)點(diǎn)，能夠更好地滿足海洋產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的需求。以下是超高分子量聚乙烯纖維在海上能源設(shè)施系泊纜領(lǐng)域的一些應(yīng)用案例：
1、浙江四兄繩業(yè)有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)了直徑60毫米的超高分子量聚乙烯繩纜。相比傳統(tǒng)的鋼絲繩，該繩纜具有高強(qiáng)力、輕質(zhì)、高耐磨性、耐腐蝕性強(qiáng)、抗老化性強(qiáng)以及抗酸堿性能力強(qiáng)等明顯優(yōu)勢(shì)。其相同拉力下，重量只有鋼絲繩的七分之一到八分之一左右。自主研發(fā)生產(chǎn)了直徑60毫米的超高分子量聚乙烯繩纜。相比傳統(tǒng)的鋼絲繩，該繩纜具有高強(qiáng)力、輕質(zhì)、高耐磨性、耐腐蝕性強(qiáng)、抗老化性強(qiáng)以及抗酸堿性能力強(qiáng)等明顯優(yōu)勢(shì)。其相同拉力下，重量只有鋼絲繩的七分之一到八分之一左右。
圖：“深海一號(hào)”
2、興輪繩纜交付的超高分子量聚乙烯纜繩 CHNMAX?也曾用于全球最大裝箱量24000TEU超大型集裝箱船。該型船是航運(yùn)業(yè)公認(rèn)的海上“巨無(wú)霸”和“超級(jí)載貨王”，船舶的巨型化發(fā)展使其在系泊作業(yè)中承受的外力巨大，對(duì)纜繩的破斷強(qiáng)度、抗疲勞等性能要求更高。興輪繩纜的產(chǎn)品在此次應(yīng)用中彰顯了其在超大型船舶應(yīng)用中的超高性能。
超高分子量聚乙烯纖維在海洋漁業(yè)的具體應(yīng)用
在捕撈漁具方面，超高分子量聚乙烯纖維其被用于制造漁網(wǎng)，憑借高強(qiáng)度和耐磨損的特性，能夠承受海洋中強(qiáng)大的水流沖擊和魚(yú)類的掙扎，提高捕撈效率和漁網(wǎng)的使用壽命。在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，它被用于制作養(yǎng)殖網(wǎng)箱，如“深藍(lán) 1 號(hào)”就采用了這種纖維制成的網(wǎng)衣，其強(qiáng)度高、耐腐蝕，為養(yǎng)殖生物提供了安全可靠的生長(zhǎng)環(huán)境。此外，超高分子量聚乙烯纖維制成的繩索也在漁業(yè)作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，如拖網(wǎng)、系泊等操作，保障了漁業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。如“深藍(lán) 1 號(hào)”就采用了這種纖維制成的網(wǎng)衣，其強(qiáng)度高、耐腐蝕，為養(yǎng)殖生物提供了安全可靠的生長(zhǎng)環(huán)境。此外，超高分子量聚乙烯纖維制成的繩索也在漁業(yè)作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，如拖網(wǎng)、系泊等操作，保障了漁業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
圖：“深藍(lán) 1 號(hào)”圖
超高分子量聚乙烯纖維在海洋工程系泊纜中的應(yīng)用
超高分子量聚乙烯纖維在海上能源設(shè)施的系泊中，它能夠承受巨大的風(fēng)浪和水流沖擊，確保設(shè)施的穩(wěn)定和安全。同時(shí)，其良好的耐腐蝕性和低重量特性，降低了維護(hù)成本和安裝難度。在海洋工程的長(zhǎng)期運(yùn)行中，超高分子量聚乙烯纖維系泊纜的穩(wěn)定性和可靠性得到了充分驗(yàn)證，為海洋工程的發(fā)展提供了有力支持。
超高分子量聚乙烯纖維在海上風(fēng)電電纜的應(yīng)用
例如，在全球首座風(fēng)漁融合浮式平臺(tái)——國(guó)家能源集團(tuán)龍?jiān)措娏Α皣?guó)能共享號(hào)”項(xiàng)目中，超高分子量聚乙烯纖維材料得到了應(yīng)用。該項(xiàng)目位于福建莆田南日島國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)，其在開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中，完成了10余項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)升級(jí)，解決了我國(guó)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的技術(shù)難題，其中超高分子量聚乙烯纖維材料在漂浮式風(fēng)電領(lǐng)域首次應(yīng)用，促進(jìn)了海洋養(yǎng)殖及海上風(fēng)電行業(yè)設(shè)備升級(jí)。在全球首座風(fēng)漁融合浮式平臺(tái)——國(guó)家能源集團(tuán)龍?jiān)措娏Α皣?guó)能共享號(hào)”項(xiàng)目中，超高分子量聚乙烯纖維材料得到了應(yīng)用。該項(xiàng)目位于福建莆田南日島國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)，其在開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中，完成了10余項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)升級(jí)，解決了我國(guó)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的技術(shù)難題，其中超高分子量聚乙烯纖維材料在漂浮式風(fēng)電領(lǐng)域首次應(yīng)用，促進(jìn)了海洋養(yǎng)殖及海上風(fēng)電行業(yè)設(shè)備升級(jí)。
圖：“國(guó)能共享號(hào)”正視圖
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，超高分子量聚乙烯纖維在該領(lǐng)域的應(yīng)用可能會(huì)逐漸擴(kuò)大。但具體的應(yīng)用情況還會(huì)受到多種因素的影響，如成本、技術(shù)成熟度、實(shí)際使用效果等。