高科技纤维及其材料

　　1、前言 　　高科技纤维是指依靠高技术和纤维学科的最新理念研制成功的一系列新纤维材料，具有高强、高模、耐高温、耐腐蚀、阻燃等高性能和高感性、高吸湿、防水透湿、抗静电、导电、离子交换性、抗菌性等高功能。高科技纤维及其新材料在航天、航空、国防军工；建材与建筑业；生物工程与人体医学；信息产业；化工、冶金；交通运输；海洋开发；环境保护等领域中有着广阔的应用前景。高技术纤维及其新材料对促进材料科学的发展、促进纤维新材料在相关产业的应用，有着巨大的作用。 　　20世纪80年代初，美国等发达国家对化纤发展作出重大战略决策，把发展重点由传统化纤转向高科技纤维及其新材料的研究、开发，主要化纤厂几乎毫无例外的拥有高科技纤维品种。“谁掌握高科技，谁就将主宰世界的未来”，从这一战略高度出发，积极研究、开发新一代高科技纤维及其新材料，将对化纤工业结构调整及纤维新材料的发展起积极作用。而今，纤维科学界把高分子纤维材料的高性能化、高功能化作为重要的研究方向。 　　2、高科技纤维的崛起 　　当今时代，科学技术发生深刻的变革，微电子技术、通讯技术、有机高分子合成材料及生物工程技术的发展，形成了一大批高科技产业群体。纤维科学界把高分子纤维材料的高性能化、多功能化作为纤维技术进步的方向，近30年来新发展的以芳香族聚酰胺纤维、碳纤维为代表的高强、高模、耐高温的超级纤维（Super Fibers）或称作高性能纤维（High Performance Fibers）；以仿真仿生技术为基础的超细纤维、超真纤维以及赋予特殊功能的纤维，称为功能性纤维（Function Fibers）。这些用高技术发展起来的化纤材料，通常统称为高科技纤维（High Technology Fibers）。它们广泛应用于航空航天、高速交通工具、海洋工程、新颖建筑、新能源、环境产业以及国防建设和尖端科学等领域。同时，在运动与休闲、服装时尚、环境和健康等方面都需要适应时代潮流的纤维材料，以提高人们的生活质量。 　　高科技纤维正以它的优异的性能，在各个领域发挥着重要作用。 　　高性能纤维通常有有机纤维、无机纤维以及金属纤维等几大类。主要品种为： 　　有机纤维中的： 　　聚对苯二甲酰对苯二胺（对位芳纶） 　　聚间苯二甲酰间苯二胺（间位芳纶） 　　聚芳酯纤维 　　高强聚乙烯 　　高强聚乙烯醇 　　聚苯并双唑纤维（PBO） 　　聚苯并咪唑纤维（PBI）等 　　无机纤维中的： 　　碳纤维 　　碳化硅纤维 　　氧化铝纤维等 　　3、高科技纤维促进了新材料的发展 　　早期的纤维纺织材料主要用于遮体、保暖等，只需满足一般的服用要求，很少有特殊的功能要求。随着社会的发展，科技的进步，人们生活水平的提高以及产业的发展，特别是高科技产业的兴起，对纤维产业的发展提出了更高的要求。人们穿衣不只是为了遮体、御寒，而是追求美观、舒适、卫生、保健等高要要求高标准。在产业领域，对纤维新材料有了更新更高的要求，有的要求纤维材料具有高强、高模性能，有的要求纤维材料能抗静电或导电，有的要求耐高温或低温，有的要求耐腐蚀抗辐射，有的要求阻燃、抗菌……，甚至有的要求纤维材料具有多种功能。 　　高科技纤维的崛起和发展，给纤维新材料的发展创造了条件，提供了机遇，近年来，大批纤维新材料应运而生，高性能纤维新材料在尖端领域有了用武之地。高科技纤维新材料是从航天、航空、国防军工等尖端领域开始应用的，由于航天、航空等领域对新材料的特殊要求，如耐高温、耐烧蚀、耐冲刷、抗辐射、高强度、高模量……等，传统的材料已不能满足尖端领域对材料的特殊要求。为此，一些新型的材料随着高科技纤维的出现，也逐渐问世。 　　在航天领域，运载火箭的壳体、火箭发动机的壳体、燃烧室、喷管、卫星天线、支架等都大量使用纤维增强复合材料的高性能材料。这类材料的发展方向是轻质、高强、高韧和耐高温、耐腐蚀、抗辐射等。是支撑国防军工、航空、航天、船舶、高速列车等的关键材料。下面介绍的是一种新型的碳纤维增强复合材料—碳/碳复合材料。 　　碳/碳复合材料是一种优良的防热耐烧蚀材料，具有： 　　优异的耐烧蚀性能 　　良好的抗热震能力 　　在高温下能保持高的强度 　　化学稳定性 　　耐摩擦性能 　　碳/碳材料自20世纪60年代末问世以来，已逐渐在导弹再入系统的头部防热、固体火箭发动机系统的燃烧室、喷管及航天飞机、卫星、飞机刹车片等方面都得到了应用。如美国的漩际弹道导弹民后Mark12A、民兵IIIMark12及和平捍卫者Mark21RV等的再入端头帽均采用了细编三向碳/碳复合材料，美国的Mx地地洲际导弹、和平捍卫者洲际弹道导弹、海军“三叉戟II”（D-5）第一级、第二级发动机及法国M4潜地导弹、“阿里安4”、“阿里安5”的固体发动机喷管喉衬均采用了三向或四向碳/碳材料。此外，航天飞机、高速飞行器的鼻锥、热防护罩等也都使用了碳/碳材料或SiC涂层的碳/碳材料。 　　目前，世界上能制备碳/碳材料的国家主要有美国、法国、俄罗斯等少数发达国家。 　　碳/碳复合材料系采用碳纤维或其织物作为增强骨架，经化学气相沉积及浸渍树脂等致密化工艺复合而成。 　　增强骨架材料主要有：碳纤维三维编织物、整体碳毡等。 　　复合工艺： 　　增强骨架→CVI→浸渍树脂→固化→碳化→高温处理→加工→碳/碳材料 　　碳/碳材料的主要应用领域： 　　导弹头部防热（鼻锥） 　　火箭发动机燃烧室 　　固体火箭发动机喷管喉衬 　　航天飞机翼前缘 　　飞机刹车片 　　密封材料 　　轨道交通 　　医疗用品及医疗器械等 　　4、关于纤维新材料发展的思考 　　所谓新材料，是指那些新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备的优异性能的材料，发展方向是高性能、多功能、复合化、智能化和侈成本。新材料技术是现代工业和高技术发展中的共性关键技术。新材料是高新技术的先导及其产业化的保证。 　　作为一个发展中国家，我国在新材料高技术的发展过程中虽然尚未达到全面先进的发达状态，但在国际高科技的竞争中，不少方面已经能够独树一帜，受到世界重视。 　　芳砜纶纤维（聚砜酰胺纤维）是我国具有自主知识产权的科研成果和高技术纤维产品，曾为我国航空、航天等尖端领域发挥过重要作用，也曾打破过国外对我国的禁运，也抑制过国外同类产品在我国的销售价格。前几年来，由于种种原因，该产品停止了生产。可喜的是在有关单位和部门的努力和积极争取下，该项科研成果又将启动进行产业化。 　　我们一方面要将已取得的成果投入使用，形成产业；另一方面，还要着眼未来，超前创新，把我国新材料高技术事业推向一个更高的阶段。纤维新材料是一门很有发展前途的学科，有很广阔的研究领域和应用前景。在发展该领域时，应注意学科的相互渗透和交叉，同时应该注意与相关的产业应用相结合。