高性能纖維及其復(fù)合材料是發(fā)展國(guó)防軍工、航空航天、新能源及高科技產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)原材料，同時(shí)在建筑、通信、機(jī)械、環(huán)保、海洋開(kāi)發(fā)、體育休閑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣泛的用途。“十三五”期間，高性能纖維由于“中國(guó)制造2025”的推動(dòng)，將迎來(lái)重要的發(fā)展機(jī)遇期。本期開(kāi)始，本報(bào)將開(kāi)設(shè)專欄，就芳綸、碳纖維等高性能纖維的性能特點(diǎn)、在下游領(lǐng)域的應(yīng)用情況等進(jìn)行介紹。

芳綸纖維最早由美國(guó)杜邦公司開(kāi)發(fā)，杜邦在1966年研制出商品名為“Kevlar”的高性能對(duì)位芳綸，并于1971年開(kāi)始進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。此外，全球從事對(duì)位芳綸生產(chǎn)的主要廠家還有日本帝人公司、俄羅斯耐熱公司和韓國(guó)可隆公司等。自20世紀(jì)60年代末芳綸實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)以后，迄今40余年的歷程中，芳綸纖維走過(guò)了從軍用戰(zhàn)略物資向民用物資過(guò)渡的階段。

我國(guó)從“六五”期間就展開(kāi)了芳綸的攻關(guān)，但很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)始終未能突破，國(guó)內(nèi)對(duì)位芳綸需求主要依賴進(jìn)口。近年來(lái)，隨著芳綸技術(shù)壁壘的不斷攻破，我國(guó)對(duì)位芳綸的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)始蓬勃發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)有十多家企業(yè)正在進(jìn)行對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，包括中化晨光、泰和新材、蘇州兆達(dá)特等。

芳綸纖維具有良好的力學(xué)性能。芳綸纖維的拉伸強(qiáng)度與碳纖維相當(dāng)，約為玻璃纖維的1.5倍、鋼的5倍~6倍；拉伸模量?jī)H次于碳纖維與硼纖維，是鋼絲和玻璃纖維的2倍~3倍；韌性是鋼絲的2倍；同時(shí)其密度小于1.5克/立方米，因而具有很高的比強(qiáng)度與比模量。

芳綸纖維有良好的熱穩(wěn)定性。其長(zhǎng)期使用溫度為180攝氏度，短時(shí)間暴露在300攝氏度以上對(duì)強(qiáng)度無(wú)明顯影響，在-170攝氏度的低溫下也不發(fā)脆。同時(shí)，芳綸纖維的熱膨脹系數(shù)很小，具有各向異性。

芳綸纖維具有穩(wěn)定的化學(xué)性能。可耐大多高濃無(wú)機(jī)酸及其他化學(xué)品的腐蝕，常溫下耐堿性能好。芳綸纖維還具有優(yōu)良的耐磨性能，在摩擦過(guò)程中芳綸纖維起到提高摩擦系數(shù)穩(wěn)定性、降低磨損的作用，還可降低摩擦對(duì)對(duì)應(yīng)面材料的磨損。

芳綸纖維分子在沿芳綸纖維方向具有較強(qiáng)的共價(jià)鍵，分子鏈的取向排列使得芳綸纖維具有高度取向的結(jié)晶微區(qū)，同時(shí)存在一些缺陷和空隙，這些缺陷和空隙的存在易在纖維使用時(shí)形成應(yīng)力集中點(diǎn)，決定了芳綸纖維所能達(dá)到的最大強(qiáng)度，因此纖維性能的穩(wěn)定和提高在很大程度上取決于紡絲及纖維凝固成型過(guò)程中對(duì)缺陷及微孔形成的控制。為此，科技部設(shè)置了973課題對(duì)芳綸纖維成型過(guò)程中各種外部條件對(duì)纖維中微缺陷的形成機(jī)制、演變規(guī)律以及調(diào)控制的方法進(jìn)行深入研究（課題編號(hào)2011CB606103），通過(guò)在理論上結(jié)構(gòu)形成的模擬以及對(duì)模擬過(guò)程的工程檢驗(yàn)，取得了比較明顯的效果，有效推動(dòng)了我國(guó)芳綸工業(yè)的上水平上檔次。

芳綸纖維是國(guó)防安全及軍事中的重要材料。芳綸纖維以其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、高結(jié)晶性、高取向結(jié)構(gòu)、高拉伸性能、低密度等優(yōu)良性能成為制造編織防彈衣以及纖維復(fù)合防彈裝甲的首選材料。熱穩(wěn)定性可以保證纖維在受到彈丸沖擊時(shí)保持力學(xué)穩(wěn)定性；較高的結(jié)晶度和取向度使其具有較高模量；而芳綸纖維所特有的柔韌性使其在高應(yīng)力下具有高斷裂延伸率。

目前，美國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的防彈衣均為芳綸材質(zhì)。在防彈衣中，由于芳綸纖維強(qiáng)度高，韌性和編織性好，能將子彈沖擊的能量吸收并分散轉(zhuǎn)移到編織物的其他纖維上去，避免造成“鈍傷”，因此防護(hù)效果顯著。芳綸防彈衣、防彈頭盔的輕量化，有效地提高了軍隊(duì)的快速反應(yīng)能力和殺傷力。

芳綸復(fù)合材料也已廣泛用于戰(zhàn)斗機(jī)、防彈裝甲車、輕型坦克、防彈運(yùn)鈔車、防彈板中。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)、法國(guó)飛機(jī)上大量使用了芳綸復(fù)合材料。同時(shí)，為適應(yīng)反恐的需要，許多發(fā)達(dá)國(guó)家軍警的防彈衣、防彈頭盔、防刺防割服、排爆服、高強(qiáng)度降落傘等均大量采用了對(duì)位芳綸纖維。

在航空航天領(lǐng)域，芳綸纖維及其樹(shù)脂復(fù)合材料可用于制作大型飛機(jī)的二次結(jié)構(gòu)材料，如整流罩、機(jī)翼、應(yīng)急出口系統(tǒng)構(gòu)件、隔板、艙壁等，用芳綸纖維復(fù)合材料可以減輕飛機(jī)自重30％左右。芳綸纖維復(fù)合材料也可應(yīng)用于火箭固體發(fā)動(dòng)機(jī)及戰(zhàn)略導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體，先進(jìn)航天器的機(jī)身、主翼、后翼等零部件。同時(shí)，高性能芳綸纖維的優(yōu)良高低溫性能和抗沖擊性能使其成為艙外宇航服的主要材料。

在民用工業(yè)方面，使用芳綸纖維復(fù)合材料，可在保持或提高各種性能的同時(shí)，大幅減輕制品的重量。例如，在造船工業(yè)中采用芳綸纖維復(fù)合材料后，船體重量可減輕28%~40%，燃料節(jié)省35%，航程可延長(zhǎng)35%。在汽車方面，芳綸復(fù)合材料可用于制造剎車片、離合器、整流器、引擎墊片、汽車車身等，同樣可大幅度減輕重量，減少油料消耗，降低二氧化碳排放量等。

在建筑方面，芳綸纖維可以取代石棉用來(lái)增強(qiáng)水泥，可提供輕結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度構(gòu)件，并防止水泥制品開(kāi)裂，提高建筑物的抗震能力。

運(yùn)動(dòng)器材方面，芳綸纖維可用于制造釣魚(yú)竿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、弓箭、雪橇等用品，以提高這些器材的使用壽命。芳綸纖維也可作為涂覆織物使用，用作空氣支撐結(jié)構(gòu)建筑物以及充氣膠布制品，如膠船、救生筏、軟式飛艇、氣球、特種服裝等。

由于對(duì)位芳綸優(yōu)越的特性，其應(yīng)用領(lǐng)域目前在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的需求量很大，其產(chǎn)量與產(chǎn)能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求，因此，對(duì)位芳綸有著很廣闊的發(fā)展前景。