高性能纤维是指对外界的物理和化学作用具有特殊耐受能力的一类特种纤维,是近年来化学纤维工业的主要发展方向之一,按照化学组成可分为有机高性能纤维和无机高性能纤维。
高性能纤维不但是发展航空航天和国防工业迫切需要的重要战略物资,而且在推进各类战略性新兴产业和低碳经济、节能减排中起着不可替代的作用,是体现一个国家综合实力和技术创新的标志之一。
01碳纤维碳纤维是一种含碳量在90%以上的纤维材料,具有质量轻、强度高、耐腐蚀、模量高、密度低、无蠕变、导电导热性能良好、非氧化环境下耐超高温、抗疲劳性好等特性,是发展航空航天、新能源、高端装备制造等高科技产业的重要基础材料,是制造火箭、导弹、战斗机、海军舰艇及多种尖端军事武器的必备关键材料,在国防军工领域有着不可替代的战略地位。
02对位芳纶对位芳纶全称“聚对苯二甲酰对苯胺”(PPTA) 纤维,是由对苯二甲酰氯和对苯二胺合成的有机高分子纤维, 由于酰胺键连接在两个苯环的1号和4号位置,又称之为芳纶1414。
对位芳纶具有高比强度、高比模量、耐高温和阻燃等优异性能,与碳纤维、高强高模聚Z烯并称为世界三大高性能纤维。
对位芳纶的主要突出优点是高强度、高模量。
其拉伸强度是钢丝的6倍,拉伸模量是钢丝及玻纤的2~3倍,密度仅为钢丝的五分之一,主要应用于安全防护、防弹,橡胶制品增强,高强度缆绳以及石棉摩擦材料替代。
03间位芳纶间位芳纶全称“聚间苯二甲酰间苯二胺”(MPIA)纤维,是由间苯二甲酰氯和间苯二胺合成的有机高分子纤维。
由于酰胺键连接在两个苯环1号和3号位置,又称之为芳纶1313。
间位芳纶是一种开发早、应用广、产量大、发展快的耐高温纤维品种,其总量居特种纤维的第二位。
间位芳纶具有优异的耐高温性,良好的尺寸稳定性,优良的可纺性、防火性和耐腐蚀,被广泛应用于安全防护、环境保护和现代工业等领域。
04芳纶Ⅲ芳纶Ⅲ(简称F3 纤维)纤维是主链由芳纶和杂环组成的一类高分子聚合物纤维,全称杂环芳香族聚酰胺纤维,又称“杂环芳纶”,被工程界誉为“超级纤维”。
芳纶Ⅲ是对位芳杂环共聚酰胺纤维系列产品,具有超高强/高模、高韧性、耐高低温、优异电绝缘性、耐辐照、抗腐蚀、耐疲劳、高阻燃性等特点,广泛应用于飞机部件、星载/机载/舰载雷达罩、卫星部件、防弹材料、仪器防舱、电力电信、输送材料、体育用品等领域。
05UHMWPE纤维UHMWPE纤维全称是超高分子量聚乙烯纤维,别名又叫做高强高模聚乙烯纤维,是分子量150万以上的无支链的线性聚乙烯。
它和碳纤维、芳纶合称为“世界三大高科技纤维”。
UHMWPE纤维是世界上最坚强有韧性的纤维。
用俗话说就是:“轻薄如纸,坚硬如钢”,强度是钢铁的15倍,比碳纤维和芳1414还要高2倍,是目前制造防弹衣的主要材料。
UHMWPE纤维除了具有优良的力学性能、耐冲击性、耐磨性、耐化学腐蚀性、耐光性外还具有良好的疏水性、耐水耐湿,电绝缘性和较长的曲折寿命。
其耐水和耐低温性能突出,比重较小,是唯一能漂浮在水上的高科技纤维,还是一种比较理想的低温材料。
06聚酰亚胺纤维聚酰亚胺纤维又称芳酰亚胺纤维,是指分子链中含有芳酰亚胺的纤维。
聚酰亚胺纤维拥有良好的可纺性,可以制成各类特殊场合使用的纺织品。
由于具有耐高低温特性、阻燃性,不熔滴,离火自熄以及极佳的隔温性,聚酰亚胺纤维常被用做制作各种特殊防护服。
07聚苯硫醚(PPS)纤维PPS是一种分子主链由苯环与硫原子对位相互交替排列、结构规整性好的高分子材料,具有良好的力学强度、耐热性和耐化学腐蚀性、水解性,以及阻燃性等综合性能。
PPS纤维是目前少数可熔纺加工的商品化高性能纤维,是火力发电厂、垃圾焚烧厂等高温、腐蚀尾气袋式除尘核心部件的基础材料,具有过滤精度高(PM10.0、PM2.5)、服役时间长(4 年)的特点。
PPS纤维除了在过滤领域有突出作用外,其单丝或复丝织物还可用作除雾材料、造纸机干燥用布、缝纫线、各种防护布、电绝缘材料、耐热衣料等材料;此外,PPS纤维可制成长纤增强复合材料,用于军工、航空航天等领域。
用一种主要成分为氟气、氧气和氮气的混合物来处理PPS纤维织物,特别适合用于电化学储能装置的隔离材料。
08聚芳酯纤维聚芳酯纤维是经熔融聚合纺丝法获得的特种纤维,在整个制备过程中没有溶剂挥发和有害气体排放,纤维属于绿色环保节能低碳材料。
在聚芳酯熔融纺丝过程中,其高分子链高度取向,从而赋予聚芳酯纤维高耐热、高强度、高模量、低吸水、抗蠕变、介电常数低等优异特性,广泛应用于航空航天、抗低温抗辐射、装甲防护、舰艇绳缆等国防、交通领域以及高温过滤材料、电子绝缘材料、体育用品等军民两用等领域,具有重大的军事和工业价值。
09聚对苯撑苯并双唑(PBO)纤维PBO纤维是目前强度最高、综合性能最好的高性能有机纤维,是继芳纶纤维、碳纤维之后的新一代高性能纤维。
被誉为“21世纪超级纤维”,具有高强度、高模量、高耐热性和高抗燃性等特点,PBO纤维能够广泛应用于航空航天和民用领域。
PBO纤维的强度超过了钢纤维和碳纤维T800,模量是对位芳纶纤维的两倍。
PBO纤维的热分解温度为650℃左右,优异的阻燃性,与火焰接触时不燃烧、不硬化。
同时具有良好的耐冲击性、耐摩擦性、尺寸稳定性。
另外,PBO纤维还拥有特殊的电磁性能和隐身作用,可以被用于天线罩和飞机蒙皮等。
PBO纤维被认为是下一代装甲防护用基础材料及航天结构部件、航空结构/隐身领域的关键原材料,同时在光缆、车辆防护、人体防护、建筑增强和体育用品等民用领域也有着广阔的应用前景,是一种军民两用的高端纤维材料。
10碳化硅(SiC)纤维SiC纤维(连续)是一种多晶纤维,主要由气相沉积法(CVD)和先驱丝法制得。
SiC纤维具有高强度、高模量、耐高温、抗氧化、抗蠕变、耐腐蚀、与陶瓷基体相容性好等一系列优异性能,是一种非常理想的增强纤维,在航空、航天、兵器、船舶和核工业等一些高技术领域具有广泛的应用前景,是发展高技术武器装备以及航空航天事业的战略原材料。
由SiC纤维增强的金属基(钛基)复合材料、陶瓷基复合材料已用于制造航天飞机部件、高性能发动机等高温结构材料,是21世纪航空、航天及高技术领域的新材料。
11玄武岩纤维玄武岩纤维是以天然玄武岩拉制的连续纤维。
是玄武岩石料在1450℃~1500℃熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。
它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成,是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料。
玄武岩连续纤维不仅强度高,而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。
此外,玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少,对环境污染小,且产品废弃后可直接在环境中降解,无任何危害,因此是一种名副其实的绿色、环保材料。
我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维(碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维)之一,实现了工业化生产。
玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。
文章