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高性能纖維定義種類及其應(yīng)用

    1.1、高性能纖維的定義：具備特殊耐受力的一類材料
　　高性能纖維，是指對外部的力、熱、光、電等物理作用和酸、堿、氧化劑等化學(xué)作用具有特殊耐受能力的一種材料。包括高強度、高模量、耐高溫、阻燃、抗電子束輻射、抗射線輻射、耐酸、耐堿、耐腐蝕等的纖維。
　　被稱為第三代合成纖維。這類纖維由于具有比普通纖維更高的機械強度和彈性模量，更好的熱穩(wěn)定性、耐酸堿性及耐候性。是20世紀60年代初發(fā)展以來，高分子纖維材料領(lǐng)域發(fā)展迅速的一類特種纖維。它被稱為繼代錦綸、滌綸和腈綸及第二代改性纖維(包括差別化纖維)之后的第三代合成纖維。
　　1.2、高性能纖維類別繁多
　　高性能纖維按化學(xué)組成可分為有機和無機高性能纖維兩大類。
　　有機高性能纖維是由有機聚合物制成的高性能纖維或利用天然聚合物經(jīng)化學(xué)處理而制成的高性能纖維，按其大分子剛?cè)嵝钥煞譃閯傂枣溇酆衔锢w維和柔性鏈聚合物纖維。其中，剛性鏈聚合物纖維由芳香族大分子構(gòu)成，大分子柔軟度較差，包括芳綸、聚四氟乙烯等；而柔性鏈聚合物纖維大分子不包含芳香環(huán)，柔性度較好，包括超高分子量聚乙烯纖維、超高分子量聚乙烯醇纖維、超高分子量聚丙烯腈纖維等。無機高性能纖維一般以礦物質(zhì)或金屬為原料制成。它同樣具有不同的分子構(gòu)象或結(jié)構(gòu)，如無定形纖維、多晶纖維和單晶纖維等。主要品種有碳纖維、玻璃纖維、石英玻璃纖維、硼纖維、陶瓷纖維、金屬纖維等，此外尚有石棉纖維、礦渣棉、高硅氧纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維等其他無機纖維。
　　1.3、應(yīng)用集中于工業(yè)，其中高強度高模量纖維發(fā)展快
　　高性能纖維在國防軍事和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。尤其是在有特殊要求的工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域，比如宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、情報信息、能源交通、土木建筑、軍事裝備、化工和機械等諸多方面，高性能纖維起著不可缺少的作用。
　　有機高性能纖維中的高模量高強度纖維每年以兩位數(shù)速率增長。有機高性能纖維可分為4大類近40種，分別為高強高模纖維、耐熱纖維、抗燃纖維及耐腐蝕纖維。目前，已經(jīng)商品化的高性能有機纖維當屬高強高模纖維增長快，主要品種的需求量均以2位數(shù)增長，耐熱纖維次之，主要品種以5%-10%的年增長率發(fā)展，抗燃纖維和耐強腐蝕性纖維相對增長緩慢，但又不可缺。
　　體現(xiàn)綜合實力與技術(shù)創(chuàng)新的標志之一。高性能纖維在國內(nèi)外已作為技術(shù)創(chuàng)新、占領(lǐng)技術(shù)優(yōu)勢的重要戰(zhàn)略物質(zhì)，在國防、軍工、航空、航天、能源、交通等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。高性能纖維生產(chǎn)技術(shù)與裝備水平是體現(xiàn)綜合實力與技術(shù)創(chuàng)新的標志之一。
　　1.4、三種主要高性能纖維：各顯其能，各居其功
　　碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維被稱為當今的三大高性能纖維。在品種繁多的各種高性能纖維中，碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維備受關(guān)注，是各國的重點發(fā)展對象。它們的共同點是不僅都具有高強度高模量的力學(xué)性能，更是具備耐腐蝕和阻燃耐熱等特殊性能，在國防軍事、航天航空和工業(yè)能源等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。這三大高性能纖維由于某些性能上的差異，被應(yīng)用在各個不同領(lǐng)域，發(fā)揮著各自無可取代的特長。
　　1.5、高性能纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求迫切
　　我國傳統(tǒng)化纖產(chǎn)能過剩，但對位紡綸、碳纖維和超高分子量聚乙烯等高性能纖維卻仍需大量進口。其中對位紡綸進口依存度超過95%，碳纖維進口依存度約70%。超高分子量聚乙烯進口依存度也接近40%。未來我國高性能纖維市場存在巨大替代進口的空間。
　　強國強軍的戰(zhàn)略物資。在軍事裝備現(xiàn)代化、民用產(chǎn)品高性能化、生產(chǎn)過程標準化、技術(shù)進步高速化發(fā)展的今天，高性能纖維，以及高性能纖維增強的復(fù)合材料已在各領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。正如美國材料顧問委員會的科學(xué)家在1992指出的那樣：“如果美國要保持在高技術(shù)產(chǎn)品上的，支持高技術(shù)纖維的開發(fā)是十分關(guān)鍵的。失去在高技術(shù)纖維領(lǐng)域的地位將使我們失去飛機制造業(yè)在國際上的優(yōu)勢，進一步還會削弱我們的汽車工業(yè)在國際上的競爭力”。
　　巨大的產(chǎn)業(yè)化空間。高性能纖維具有已有的和潛在的市場，除在軍事領(lǐng)域外，它還在航空航天、船舶、海洋工程、電子信息、橋梁建筑、交通運輸、體育娛樂、建筑等方面有廣闊的應(yīng)用前景。其產(chǎn)業(yè)化上可帶動原材料，下可帶動復(fù)合材料及其產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
　　纖維強度不足理論十分之一，科學(xué)理論上還有進一步發(fā)展的需要。纖維在成型過程中大分子鏈沿軸向取向排列形成規(guī)整度很高的軸向有序結(jié)構(gòu)，如果纖維中所有的大分子沿軸向整齊排列，其的理論拉伸強度可達200cN/dtex以上。目前即使是高強高模纖維，其強度僅為理論強度的十分之一，在材料中也是比強度高的。同時也說明我們對傳統(tǒng)的纖維成型理論及其工藝通過創(chuàng)新性研究還會進一步提高纖維強度和模量。