周文博， 余雯雯， 石建高*， 劉福利， 沈 明， 姜潤喜， 張春文， 張耀民， 劉永利,7， 王 磊， 楊 飛

(1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，上海 200090; 2. 上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306； 3. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島 266071； 4. 魯普耐特集團有限公司，山東泰安 271000； 5. 湛江市經(jīng)緯網(wǎng)廠，廣東湛江 524043； 6. 湛江經(jīng)緯實業(yè)有限公司，廣東湛江 524043； 7. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部繩索網(wǎng)具產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，上海 200090)

海洋漁業(yè)是我國漁業(yè)重要組成部分，柴油機的發(fā)明、漁用材料的研發(fā)以及漁業(yè)裝備的普及等推動了海洋漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)。漁用材料直接影響到漁業(yè)成本、生產(chǎn)效率以及作業(yè)效果；漁用材料的創(chuàng)新研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用大大提高了繩網(wǎng)強度、降低了網(wǎng)具重量與作業(yè)能耗，它為藻類離岸養(yǎng)殖、網(wǎng)具大型化、漁業(yè)生產(chǎn)的節(jié)能降耗以及現(xiàn)代漁業(yè)的提質(zhì)增效等提供了強有力的支持[1-2]。在合成纖維發(fā)明前，在網(wǎng)具以及水產(chǎn)增養(yǎng)殖過程中使用的網(wǎng)線材料一般使用棉、麻等天然纖維，但它們存在強度低或不耐海水腐蝕等缺陷，不適合在漁業(yè)生產(chǎn)上大規(guī)模推廣應(yīng)用。21世紀以來，隨著高分子材料技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了合成纖維材料。由于合成纖維具有比天然纖維更高的強度以及使用壽命，所以它們在漁業(yè)上逐步取代天然纖維[3]。漁用合成纖維的研究目前已受到越來越多業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，近年來人們開發(fā)了多種合成纖維新材料，如碳纖維、可降解纖維以及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維等[1,3-5]。本文主要介紹目前在漁業(yè)中應(yīng)用較多的UHMWPE纖維拉伸等力學(xué)方面的研究以及其在漁具與水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施中的應(yīng)用現(xiàn)狀、國內(nèi)外UHMWPE纖維改性研究進展和UHMWPE纖維標準研究進展，旨在為漁用UHMWPE纖維的創(chuàng)新研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供參考。

1 漁用UHMWPE纖維的特點及其應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 超高分子量聚乙烯的特點

超高分子量聚乙烯一般指的是分子量在150×104以上的無支鏈線性聚乙烯，分子鏈上基本不含極性基團、結(jié)晶度一般在65% ～85%、密度0.920～0.964 g·cm-3[9]；在1957年被美國聯(lián)合化學(xué)公司使用齊格勒催化劑首先研制成功[4-9]。因為UHMWPE具有其他工程塑料無法企及的高強性能、耐磨性、抗腐蝕性、耐低溫性和耐老化性等優(yōu)異性能，使得其在漁業(yè)、軍事、海工等范圍發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[9-11]。UHMWPE的性能與其他常用工程塑料的比較如表1所示。

由表1可以看出，相對其他常用的工程塑料而言，UHMWPE的密度得到了有效降低，而其斷裂伸長率和抗沖擊強度都得到了大幅度的提高。

1.2 漁用UHMWPE繩網(wǎng)材料拉伸力學(xué)性能特點

中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所石建高研究員團隊等對漁用UHMWPE繩網(wǎng)材料拉伸力學(xué)性能進行了系統(tǒng)研究。如在合成纖維繩索方面，石建高等[12-13]對漁用UHMWPE繩索進行力學(xué)性能研究，結(jié)果表明：利用UHMWPE纖維制備的UHMWPE繩索的斷裂強度為PA繩索的3.7倍、PP繩索的4.0倍且具有良好的低伸長以及優(yōu)秀的抗疲勞性能，具有十分良好的漁業(yè)適用性。在合成纖維網(wǎng)片方面，石建高等[14]對漁用UHMWPE經(jīng)編網(wǎng)片和錦綸經(jīng)編網(wǎng)片進行了拉伸性能比較，結(jié)果表明：在同等線密度、股數(shù)以及相同的網(wǎng)目尺寸的條件下，以UHMWPE纖維編織的UHMWPE經(jīng)編網(wǎng)片比PA經(jīng)編網(wǎng)片的網(wǎng)目強力以及網(wǎng)片縱向斷裂強力有了大幅度的提高，但斷裂伸長率得到了大幅度下降；網(wǎng)片橫向斷裂強力也大幅度提高，斷裂伸長率最大降低了65.6%，UHMWPE經(jīng)編網(wǎng)片的拉伸力學(xué)性能較PA經(jīng)編網(wǎng)片有了大幅度提高。在合成纖維網(wǎng)線方面，石建高等[15]還比較了UHMWPE網(wǎng)線和高密度聚乙烯(HDPE)網(wǎng)線的拉伸力學(xué)性能，研究結(jié)果表明：相對HDPE網(wǎng)線而言，利用UHMWPE纖維捻制的UHMWPE網(wǎng)線有較高的斷裂強度、拉伸模量和結(jié)強損失率以及較低的斷裂伸長率；兩種網(wǎng)線的結(jié)節(jié)強度指標與直徑指標呈顯著的直線關(guān)系，拉伸載荷指標與伸長指標呈顯著的多項式關(guān)系。

1.3 漁用UHMWPE纖維的應(yīng)用現(xiàn)狀

因UHMWPE具有優(yōu)良性能以及高性價比等特點，使其在漁業(yè)領(lǐng)域也取得了不少應(yīng)用，如在漁網(wǎng)、捕撈拖網(wǎng)、深水網(wǎng)箱、高端釣線、大型養(yǎng)殖圍網(wǎng)或藻類養(yǎng)殖筏繩等[1,5,16-18]。由于UHMWPE纖維的力學(xué)特點及其制品的優(yōu)良性能，自1957年至今，國內(nèi)外UHMWPE纖維制成的繩網(wǎng)等材料已經(jīng)在漁業(yè)領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用，詳細信息見表2。在美國、荷蘭、中國、日本、丹麥、挪威、西班牙和冰島等國，UHMWPE纖維已被用于拖網(wǎng)、深水網(wǎng)箱、養(yǎng)殖圍網(wǎng)等捕撈漁具與水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施[1,5,16-18]。

表1 UHMWPE與其他工程塑料的常規(guī)性能比較Tab.1 Comparison of conventional performance of UHMWPE with other engineering plastics

表2 國內(nèi)外部分UHMWPE纖維產(chǎn)品Tab.2 UHMWPE fiber products at domestic and abroad

1.3.1 UHMWPE纖維在捕撈漁具中的應(yīng)用

自UHMWPE纖維實現(xiàn)了商品化以來，在相關(guān)領(lǐng)域體現(xiàn)出了其高強、耐磨和耐老化等獨特優(yōu)勢。目前，美國、荷蘭、中國和日本等國已將UHMWPE纖維制成繩網(wǎng)，并應(yīng)用于捕撈漁具[1,3-5,12-19]。就國內(nèi)來看，郁岳峰等[20]將迪尼瑪?(Dyneema?)纖維制成的網(wǎng)線編織成198.45 kW雙船用底拖網(wǎng)，并分析比較了Dyneema?繩網(wǎng)與普通繩網(wǎng)材料的實際捕撈應(yīng)用效果，結(jié)果表明：Dyneema?繩網(wǎng)具有良好的斷裂強力以及漁用適用性，與原來聚乙烯(PE)材料制作的繩網(wǎng)拖網(wǎng)相比，Dyneema?拖網(wǎng)的線面積系數(shù)得到了有效降低、網(wǎng)板的水平擴張增加、拖網(wǎng)網(wǎng)口掃海面積增加、能耗系數(shù)降低并且漁獲量得到了提高，Dyneema?拖網(wǎng)明顯提高了網(wǎng)具性能，在拖網(wǎng)網(wǎng)具中合理搭配使用Dyneema?繩網(wǎng)材料和普通繩網(wǎng)材料可以明顯改善拖網(wǎng)網(wǎng)具性能、減少作業(yè)能耗并提高生產(chǎn)效率。王明彥等[21]1999年在東海進行了Dyneema?拖網(wǎng)海上試驗，結(jié)果表明：與PE拖網(wǎng)(采用普通PE材料制作)相比，Dyneema?拖網(wǎng)的平均產(chǎn)量和產(chǎn)值都有了大幅度的提高。石建高等[1,5,16-18]將UHMWPE纖維加工成UHMWPE網(wǎng)片，并在拖網(wǎng)囊網(wǎng)上進行了海上應(yīng)用試驗，應(yīng)用試驗結(jié)果表明：與原先使用的普通PE拖網(wǎng)囊網(wǎng)相比，UHMWPE拖網(wǎng)網(wǎng)囊的耐磨性和使用壽命等都有了明顯提高，而拖網(wǎng)能耗則因此有明顯減低。從國外對UHMWPE纖維制成的網(wǎng)具研究來看，STERLING等[22]對PE單絲、高強度聚乙烯(HSPE)單絲與UHMWPE纖維制成的拖蝦網(wǎng)設(shè)計了兩個對比試驗，第一個對比試驗是在三種不同材料制成的試驗網(wǎng)上一次裝配三對不同尺寸的網(wǎng)板進行拖曳參數(shù)的對比，第二個對比試驗是在實驗中同時拖曳五個拖網(wǎng)來評估漁獲性能與選擇性能；結(jié)果表明：UHMWPE拖蝦網(wǎng)與普通PE拖蝦網(wǎng)相比，前者阻力明顯減少且捕獲的蝦個體也更大，可能是由于使用UHMWPE材料之后，使得網(wǎng)具的靈活性得到提高促進小個體的蝦可以逃逸；且使用UHMWPE材料之后，網(wǎng)具水動力性能得到提高，可能也因此導(dǎo)致捕獲效率提高。UHMWPE繩網(wǎng)除了可以加強網(wǎng)具性能外，在提高拖網(wǎng)等漁具選擇性方面也有優(yōu)勢；如HERRMANN等[23]在拖網(wǎng)選擇性實驗中分別以PE單絲與Dyneema?纖維制作拖網(wǎng)網(wǎng)囊，結(jié)果顯示：在相同條件下，Dyneema?拖網(wǎng)的選擇性明顯優(yōu)于PE拖網(wǎng)，這表明高強Dyneema?纖維的創(chuàng)新應(yīng)用有利于提高拖網(wǎng)漁具的選擇性。

1.3.2 UHMWPE纖維在水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施中的應(yīng)用

在水產(chǎn)增養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，普通合成纖維材料主要應(yīng)用于扇貝籠、近岸普通網(wǎng)箱、小型養(yǎng)殖圍網(wǎng)等傳統(tǒng)近岸增養(yǎng)殖設(shè)施，無法滿足(超)大型(深遠海)增養(yǎng)殖設(shè)施(如直徑110 m的挪威深海漁場、養(yǎng)殖面積35 000 m2的管樁式養(yǎng)殖圍網(wǎng)等)的抗風(fēng)浪流要求[5,24]。由于UHMWPE纖維優(yōu)越的綜合性能，目前已逐漸成為國內(nèi)外(超)大型(深遠海)增養(yǎng)殖設(shè)施的首選材料[1,5,16-18]。石建高等[1,5,16-18]率先對我國(超)大型(深遠海)UHMWPE增養(yǎng)殖設(shè)施進行了系統(tǒng)研究，聯(lián)合山東愛地、美濟漁業(yè)、威海正明、藝高網(wǎng)業(yè)、溫州豐和、恒勝水產(chǎn)、浙江東一和紅腳巖等單位在國內(nèi)率先開發(fā)出多種新型UHMWPE增養(yǎng)殖設(shè)施(包括雙圓周大跨距管樁式圍網(wǎng)、生態(tài)海洋牧場超大型堤壩圍網(wǎng)、HDPE框架銅合金網(wǎng)衣圍網(wǎng)、雙圓周組合式網(wǎng)衣超大型圍網(wǎng)、特力夫超大型養(yǎng)殖網(wǎng)箱和深遠?？癸L(fēng)浪組合型金屬網(wǎng)箱等)，并實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化養(yǎng)殖應(yīng)用，推動了(超)大型(深遠海)UHMWPE增養(yǎng)殖設(shè)施技術(shù)升級 (圖1)。石建高等[1,5]自主開發(fā)的新型UHMWPE增養(yǎng)殖設(shè)施的示范應(yīng)用結(jié)果表明：采用UHMWPE纖維后的水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施的安全性與抗風(fēng)浪流性能大幅度提高，同等繩網(wǎng)強度條件下水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施用網(wǎng)具的原材料消耗明顯降低。綜上，UHMWPE纖維在水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施領(lǐng)域的推廣應(yīng)用前景非常廣闊。

圖1 新型UHMWPE增養(yǎng)殖設(shè)施Fig.1 New UHMWPE farming facilities

2 漁用UHMWPE纖維改性研究進展

UHMWPE纖維雖然擁有很多其他合成纖維材料不具有的優(yōu)良特質(zhì)，但普通UHMWPE纖維也存在一些缺陷，例如抗蠕變性差、熔體粘度大以及加工性能差等，與其他工程塑料相比還存在表面硬度較低、抗磨粒磨損能力差和熱變形溫度低等缺點[9-11,26]。為了能使UHMWPE在漁業(yè)領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用，突破其局限性，需要對其進行改性研究。在目前高分子纖維合成材料發(fā)展現(xiàn)狀下，研制另外一種高性能的新合成材料的難度十分大，所以研究者們就將目標放在了現(xiàn)有材料的改性上[25]。改性在目前的材料工業(yè)中所占的地位越來越重要，作用也越來越突出，其優(yōu)點如下：(1)改性是獲得所需的特定屬性的材料的成本較低的方法；(2)改性是在保證滿足要求的情況下降低材料制造成本的有效方法；(3)材料改性能使企業(yè)較快地對市場需求做出反應(yīng)。作為高新材料之一，為了適應(yīng)各領(lǐng)域的應(yīng)用要求，近年國內(nèi)外許多學(xué)者對UHMWPE改性進行了研究。UHMWPE改性的目的是在不影響UHMWPE優(yōu)異性能的前提下填補其缺點，如改進其熔體流動性、耐熱性、抗靜電性、阻燃性及抗蠕變性等[27]。

2.1 漁用UHMWPE纖維的化學(xué)改性

UHMWPE的化學(xué)改性一般指的是UHMWPE的化學(xué)交聯(lián)改性，指使用化學(xué)手段對UHMWPE分子結(jié)構(gòu)或分子形態(tài)進行改變使UHMWPE獲得新的性能或者改善某些已知缺陷。對UHMWPE的化學(xué)改性一般有化學(xué)交聯(lián)改性和輻射交聯(lián)改性兩種?；瘜W(xué)交聯(lián)是在UHMWPE中加入指定的交聯(lián)劑，并通過熔融進行交聯(lián)，根據(jù)加入的交聯(lián)劑的不同分為過氧化物交聯(lián)和偶聯(lián)劑交聯(lián)兩種[27]。而輻射交聯(lián)則是指采用適當?shù)纳渚€直接對UHMWPE制品進行照射使分子發(fā)生交聯(lián)的一種改性方法。

2.1.1 輻射交聯(lián)

輻射交聯(lián)指的是在一定劑量的電子射線或γ射線的照射作用下，UHMWPE分子中的一部分主鏈或者側(cè)鏈被射線切斷，產(chǎn)生一定量的自由基，這些自由基互相結(jié)合，在UHMWPE內(nèi)部形成交聯(lián)鏈，以達到改性的目的。輻射交聯(lián)的反應(yīng)一般在聚合物表面發(fā)生，基本不影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能[28]。陳聚文等[29]使用紫外線照射對UHMWPE進行輻射交聯(lián)改性，并分析了UHMWPE在進行蠕變時結(jié)晶度的變化，發(fā)現(xiàn)紫外照射能有效降低粘性形變，從而有效改善了UHMWPE纖維的蠕變性能。陳足論等[30]以二苯丙酮-丙酮溶液為交聯(lián)劑對超高分子量聚乙烯/碳納米管復(fù)合纖維進行紫外輻射交聯(lián)， 結(jié)果表明，隨著交聯(lián)液濃度的增加、輻射時間的加長、纖維凝膠量的增加，纖維的抗蠕變性能增強；但當輻射時間超過8 min時，抗蠕變性能下降，所以紫外輻射時間為8 min左右較好。除了紫外線之外，γ射線也常被用來當作輻射交聯(lián)改性的電子射線；相關(guān)研究結(jié)果表明，在一定的輻射劑量下，γ射線輻照可明顯提高UHMWPE的拉伸屈服強度和斷裂伸長率，降低缺口沖擊強度[28-31]。ABDUL-KADER等[32]的研究表明經(jīng)過電子束和γ射線輻照的UHMWPE聚合物的C-H和C-C會產(chǎn)生自由基，這些自由基和空氣中氧氣相結(jié)合產(chǎn)生了-OOH，-COOH等含氧組分，這些組分可以增強聚合物的表面極性、自由能和濕潤性。輻射交聯(lián)在UHMWPE改性中的應(yīng)用主要是提高其耐蠕變性與熱穩(wěn)定性等，以提高改性UHMWPE纖維在大型水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施上的適配性。在大型養(yǎng)殖網(wǎng)箱或大型養(yǎng)殖圍網(wǎng)等大型水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施上都要求裝配用繩索具有較好的耐蠕變性；人們可采用通過輻射交聯(lián)后的改性UHMWPE纖維作為繩索用基體纖維，以減小繩索在大型水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施上的蠕變，提高大型水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施的抗風(fēng)浪性能和安全性[1,5,16]。

2.1.2 偶聯(lián)劑交聯(lián)

UHMWPE的偶聯(lián)劑交聯(lián)主要指的是硅烷交聯(lián)。對UHMWPE進行改性主要有乙烯基硅氧烷和丙烯基硅氧烷等兩種硅烷偶聯(lián)劑[25-32]。解孝林等[33]對UHMWPE進行硅烷交聯(lián)改性，將經(jīng)過交聯(lián)改性后的UHMWPE的凝膠性、熔點、結(jié)晶度、力學(xué)性能與耐磨性與改性前純UHMWPE的性能進行了比較；結(jié)果表明：(1)硅烷偶聯(lián)劑導(dǎo)致UHMWPE交聯(lián)的發(fā)生，提高了其凝膠率；(2)硅烷的含量與UHMWPE的熔點與結(jié)晶度呈反相關(guān)，硅烷的含量越低，UHMWPE的熔點越高、結(jié)晶度增大；硅烷的含量越高，UHMWPE的熔點越低、結(jié)晶度下降；(3)硅烷交聯(lián)使UHMWPE的模量和強度增高，磨耗率下降；(4)硅烷含量過高時，會導(dǎo)致交聯(lián)UHMWPE的力學(xué)性能和磨耗率變差；(5)當硅烷的含量在0.2% ～0.4%范圍內(nèi)時，交聯(lián)UHMWPE的性能最好。何騰飛等[34]成功合成了一種名為乙烯/聚γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷嵌段共聚物(TRCZ)的聚乙烯基大分子偶聯(lián)劑，并在超高分子量聚乙烯/多壁碳納米管(MWNT)復(fù)合體系中加入TRCZ，研究結(jié)果表明：添加了MWNT用量4%的大分子偶聯(lián)劑TRCZ-D的復(fù)合體系的拉伸強度較添加小分子偶聯(lián)劑的復(fù)合體系有了較大的提高，且其摩擦因素和磨損率較純UHMWPE和未添加偶聯(lián)劑的復(fù)合體系明顯降低。偶聯(lián)劑交聯(lián)在UHMWPE改性中的應(yīng)用主要是提高其耐磨性等性能，以提高漁用改性UHMWPE纖維在大型水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施上的適配性。漁用繩網(wǎng)或拖網(wǎng)升力帆要求加工用纖維材料具有較好的耐磨性；人們可采用通過偶聯(lián)劑交聯(lián)后的改性UHMWPE纖維作為基體纖維，以提高成品的耐磨性和使用周期[1,5,16-18]。

2.1.3 過氧化物交聯(lián)

過氧化物交聯(lián)指的是利用過氧化物對UHMWPE進行改性，在對其進行改性時，過氧化物會使UHMWPE產(chǎn)生大量自由基，自由基之間偶合產(chǎn)生交聯(lián)[35]。而交聯(lián)的反應(yīng)速度和溫度主要由過氧化物的半衰期決定，一般選擇的交聯(lián)時間為過氧化物半衰期的5～7倍，當交聯(lián)時間達到半衰期的10倍時，交聯(lián)基本飽和[28]。當采用氧化二異丙苯(DCP)對UHMWPE進行交聯(lián)改性研究時，結(jié)果表明當DCP的用量控制在1%以內(nèi)時，可生成適度的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，此時UHMWPE形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而達到提高其沖擊強度和熱變形溫度，耐磨性有所下降但不顯著。過氧化物交聯(lián)在UHMWPE改性中的應(yīng)用主要是提高其沖擊強度，這可以提高其在捕撈漁具上的抗沖擊性。拖網(wǎng)等捕撈漁具在生產(chǎn)作業(yè)上要求其網(wǎng)漁具具有較好的抗沖擊性；人們可采用通過過氧化物交聯(lián)后的改性UHMWPE纖維作為網(wǎng)漁具加工基體纖維，以提高網(wǎng)漁具的抗沖擊性和安全性[1,5,16-18]。

2.2 漁用UHMWPE纖維的物理改性

物理改性是指將UHMWPE與其他一種或者多種材料通過物理方式進行共混，以達到改性的目的。目前一般有共混改性和潤滑劑改性等[36-40]。

2.2.1 共混改性

UHMWPE的共混改性一般是將中低分子量聚乙烯，如低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)等混入UHMWPE中形成共混體系，將其加熱，當共混體系被加熱到熔點之上時，UHMWPE樹脂就會懸浮在這些共混劑的液相中，形成可擠出、可注射的懸浮體物料[36]。鄺金艷等[37]將乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)作為改性的共混改性劑，通過萃取凍膠纖維的方法制得了改性后的UHMWPE纖維，并研究了纖維改性前后的結(jié)構(gòu)與性能；相關(guān)研究結(jié)果顯示，經(jīng)過此種方法共混改性后的UHMWPE纖維之中引入了極性基團，纖維的剪切強度與表面浸潤性能得到了提高，但力學(xué)性能、熔點和結(jié)晶度下降，重結(jié)晶溫度上升，晶粒尺寸變大。JACOBS等[38]在UHMWPE中混入HDPE進行改性并測試其性能，經(jīng)過測試之后表明，與純UHMWPE纖維相比經(jīng)過與HDPE共混改性的復(fù)合纖維材料具有更加優(yōu)良的抗蠕變性和力學(xué)性能(例如抗磨損性能和所承受的靜態(tài)負荷)。當加入的HDPE達到50%時發(fā)現(xiàn)共混物的強度和模量分別增加了1～2個數(shù)量級。石建高研究員團隊聯(lián)合淄博美標等開展了UHMWPE纖維的共混改性研究，開發(fā)出漁用改性UHMWPE纖維，并在捕撈拖網(wǎng)與水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施上開展了應(yīng)用示范，研究結(jié)果表明，所開發(fā)的漁用改性UHMWPE纖維具有較好的耐磨性和適配性[14]。在泰山英才領(lǐng)軍人才項目(石墨烯復(fù)合改性繩索網(wǎng)具新材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化)的資助下，石建高研究員團隊聯(lián)合魯普耐特集團有限公司等單位正在開展UHMWPE纖維的石墨烯復(fù)合改性研究，以提高漁用石墨烯復(fù)合改性UHMWPE纖維的耐磨性等，未來它在漁業(yè)上應(yīng)用前景廣闊。

2.2.2 潤滑劑改性

潤滑劑是改善聚合物加工性的一種添加劑，其主要作用是在加工過程中降低材料與加工器械之間、材料內(nèi)部分子之間的相互摩擦，從而改善塑料加工性能并提高制品性能。加工UHMWPE時常用的潤滑劑有固體石蠟或石油提取物(用量小于10%)、聚乙烯蠟(用量小于15%)、硬脂酸鋅(用量小于2%)等[39]。研究表明，使用美國ALLIED-SIGNAL公司生產(chǎn)的一種共聚物與硬脂酸鹽作為加工UHMWPE的潤滑劑可以取得較好的效果[43]。潤滑劑改性主要是提高其熔融狀態(tài)下的流動性，這可以用于提高漁用制品的綜合性能(如漁用紡絲原料生產(chǎn)中要求原料在熔融狀態(tài)下具有較好的流動性，人們可采用潤滑劑改性后的改性UHMWPE原料作為漁用紡絲原料，以提高漁用纖維的綜合性能)[1-4]。

3 漁用UHMWPE纖維標準研究進展

隨著UHMWPE纖維繩網(wǎng)在漁業(yè)、紡織、航運和軍事等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，UHMWPE纖維繩網(wǎng)標準研究工作逐漸被提上了議事日程。中國是繼荷蘭、美國和日本之后第四個掌握UHMWPE纖維生產(chǎn)自主知識產(chǎn)權(quán)的國家，目前已實現(xiàn)較大規(guī)模生產(chǎn)、銷售和應(yīng)用，部分產(chǎn)品質(zhì)量已達國際先進水平，但由于缺失產(chǎn)品國家標準，在全國范圍內(nèi)沒有統(tǒng)一的技術(shù)要求，使得產(chǎn)品進入國際市場以及參與國際競爭受到極大制約，不利于提高該產(chǎn)品的設(shè)計、制造和開發(fā)應(yīng)用水平，不利于打破國外技術(shù)和產(chǎn)品壟斷，不利于提升我國新材料產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新能力等。

為統(tǒng)一技術(shù)要求，解決UHMWPE纖維產(chǎn)品國家標準缺失等問題，2010年起任意和孔麗萍等[41]開展了UHMWPE纖維國家標準創(chuàng)制工作，首次制定了GB/T 29554-2013《超高分子量聚乙烯纖維》國家標準。標準規(guī)定了線密度在55 dtex～6 650 dtex范圍內(nèi)的UHMWPE纖維的分類和標記、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸及貯存等，可以為產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、檢測、開發(fā)應(yīng)用、質(zhì)量控制、貿(mào)易往來和技術(shù)交流等提供指導(dǎo)。

我國很多企業(yè)加工生產(chǎn)、銷售或應(yīng)用UHMWPE網(wǎng)線，產(chǎn)品除滿足國內(nèi)需要外，還大量銷往國外，由于沒有權(quán)威的與產(chǎn)業(yè)接軌的UHMWPE網(wǎng)線標準，給產(chǎn)品的生產(chǎn)、貿(mào)易、檢測、管理和技術(shù)交流等帶來不便。為統(tǒng)一技術(shù)要求，加快UHMWPE網(wǎng)線產(chǎn)品與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)接軌的步伐，2013年起石建高等[42]開展了UHMWPE網(wǎng)線紡織行業(yè)標準創(chuàng)制工作，首次制定了FZ/T 63028-2015《超高分子量聚乙烯網(wǎng)線》紡織行業(yè)標準。標準規(guī)定了(以線密度為60 tex～300 tex的UHMWPE纖維捻制而成)UHMWPE網(wǎng)線的術(shù)語和定義、標記、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸和貯存等，可以為產(chǎn)品的國內(nèi)外技術(shù)交流、質(zhì)量管理、貿(mào)易往來以及設(shè)計生產(chǎn)等提供指導(dǎo)。FZ/T 63028-2015標準作為我國第一個UHMWPE網(wǎng)線紡織行業(yè)標準，在尚無漁用UHMWPE網(wǎng)線國家標準、行業(yè)標準或團體標準的情況下，可為現(xiàn)代漁業(yè)參考使用。

在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、全國水產(chǎn)標準化技術(shù)委員會和全國水產(chǎn)標準化技術(shù)委員會漁具及漁具材料分技術(shù)委員會等的支持下，2018年《漁用超高分子量聚乙烯網(wǎng)線通用技術(shù)條件》水產(chǎn)行業(yè)標準獲得正式立項，該標準將針對漁業(yè)的特點制定漁用UHMWPE網(wǎng)線通用技術(shù)條件，以滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖綠色發(fā)展等現(xiàn)代漁業(yè)需求[43]。我國是世界第一漁用UHMWPE繩索生產(chǎn)大國，產(chǎn)品除滿足國內(nèi)需要外，還大量出口到國外；由于GB/T 18674-2002《漁用繩索通用技術(shù)條件》國家標準中不包括漁用UHMWPE繩索產(chǎn)品，這給該產(chǎn)品的生產(chǎn)、貿(mào)易和監(jiān)管等帶來不便。2006年起苗傲霜和石建高等[43]開展了GB/T 18674-2002國家標準修訂工作，標準規(guī)定了公稱直徑為6 mm～72 mm的八股和十二股的UHMWPE編繩、公稱直徑為20 mm～72 mm的UHMWPE復(fù)編繩的術(shù)語和定義、分類與標記、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、標簽、包裝、運輸和貯存等。GB/T 18674-2018標準作為我國漁業(yè)上第一個UHMWPE編繩或復(fù)編繩國家標準，可以為UHMWPE繩索產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)、質(zhì)量管理和貿(mào)易往來等提供指導(dǎo)。

為統(tǒng)一我國UHMWPE經(jīng)編網(wǎng)片產(chǎn)品技術(shù)要求，解決該產(chǎn)品行業(yè)標準缺失等問題，2015年起石建高等[44]開展了UHMWPE經(jīng)編網(wǎng)片行業(yè)標準創(chuàng)制工作，首次制定了SC/T 5022-2017《超高分子量聚乙烯網(wǎng)片經(jīng)編型》行業(yè)標準，標準規(guī)定了以UHMWPE纖維加工制作的漁用菱形網(wǎng)目UHMWPE經(jīng)編網(wǎng)片的術(shù)語和定義、標記、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、標簽、包裝、運輸及貯存等，可以為產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)、開發(fā)應(yīng)用和技術(shù)交流等提供指導(dǎo)。為解決UHMWPE纖維標準體系缺失問題，石建高等[18]開展了UHMWPE纖維標準體系研究工作，出版專著《捕撈漁具準入配套標準體系研究》，形成UHMWPE纖維標準體系研究報告，可以為UHMWPE纖維標準的制修訂提供指導(dǎo)。

4 討論與展望

超高分子量聚乙烯自發(fā)明以來已有60多年的歷史，其綜合性能優(yōu)越，可以滿足現(xiàn)代漁業(yè)的發(fā)展要求，目前已經(jīng)被應(yīng)用于捕撈漁具與水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施等領(lǐng)域。在水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施中，UHMWPE纖維優(yōu)異性能已越來越被人們充分認可。在漁業(yè)領(lǐng)域，UHMWPE纖維憑借其卓越性能顯示出了高投入、高回報的良好綜合經(jīng)濟效益[1,5,45-46]，并且隨著UHMWPE纖維的不斷研究開發(fā)，其在漁業(yè)上的應(yīng)用也將會更加深入。目前，在捕撈漁具方面UHMWPE纖維已經(jīng)在我國拖網(wǎng)漁具中進行了試驗與投入，結(jié)果表明：與普通PE網(wǎng)具相比，UHMWPE網(wǎng)具具有更好的綜合性能；但由于普通PE網(wǎng)具已經(jīng)在國內(nèi)大規(guī)模使用以及更換網(wǎng)具需要巨大成本，導(dǎo)致UHMWPE纖維在漁業(yè)領(lǐng)域的大面積應(yīng)用還需要一個漫長的過程[47-50]。UHMWPE纖維凝膠紡絲過程中大量使用有機溶劑且工藝復(fù)雜，成本高昂的同時引起環(huán)境污染等問題，所以應(yīng)該尋找更加簡便的方法進行制備。水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施長期處于海水中，設(shè)施表面會被污損生物附著，這對UHMWPE纖維的防污功能或UHMWPE繩網(wǎng)防污處理技術(shù)提出了新的要求。此外，UHMWPE纖維抗蠕變性也是一個難題，今后應(yīng)進一步加強漁用UHMWPE纖維的防污功能與抗蠕變性研究。隨著新材料技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，UHMWPE纖維新材料的綜合性能將會得到進一步提高。普通纖維材料已難以滿足現(xiàn)代漁業(yè)發(fā)展需要，漁用UHMWPE纖維的研發(fā)與創(chuàng)新應(yīng)用，滿足了現(xiàn)代漁業(yè)的發(fā)展需要，因此，UHMWPE纖維在漁業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊。

在UHMWPE標準方面，隨著UHMWPE纖維在漁業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍的不斷擴大，我國應(yīng)盡快制定《超高分子量聚乙烯網(wǎng)片 絞捻型》、《超高分子量聚乙烯網(wǎng)片 單線單死結(jié)型》、《超高分子量聚乙烯網(wǎng)片 單線雙死結(jié)型》、《超高分子量聚乙烯拖網(wǎng)》、《超高分子量聚乙烯網(wǎng)箱》和《超高分子量聚乙烯養(yǎng)殖圍網(wǎng)》等行業(yè)標準，以滿足現(xiàn)代漁業(yè)的發(fā)展需要，推動漁用材料的技術(shù)升級，提高捕撈漁具和水產(chǎn)增養(yǎng)殖設(shè)施的安全性。