超纖維及其先進(jìn)復(fù)合材料是當(dāng)代超材料的重要組成部分，是未來(lái)新一代航空航天、國(guó)防軍工和尖端科學(xué)的先導(dǎo)和保障材料。所謂超纖維及其復(fù)合材料，是指在性能和功能上具有突破性進(jìn)展的超級(jí)材料，并越來(lái)越接近于其理論值的新型材料，當(dāng)然也包括新出現(xiàn)的超纖維及復(fù)合材料。從上述意義上來(lái)說(shuō)，這類材料是動(dòng)態(tài)的，隨著科技的發(fā)展，將不斷更新?lián)Q代。

    1  無(wú)機(jī)類超纖維及其復(fù)合材料

    超碳纖維及其復(fù)合材料

    碳纖維（CF）被譽(yù)為“新材料之王”，目前已商品化的產(chǎn)品最高強(qiáng)度為7 GPa，我國(guó)剛突破的研發(fā)水平為6.3GPa。最新研發(fā)成功的超碳纖維（UCF）是日本東麗TORAYCA?的T2000，強(qiáng)度高達(dá)60GPa，相當(dāng)于碳纖維理論值（180GPa）的1/3。

    T2000的出現(xiàn)使CF從斷裂伸長(zhǎng)率為2.2%的脆性材料提升為2.5%以上的高韌性防彈材料，當(dāng)其復(fù)合材料用作坦克和裝甲車的結(jié)構(gòu)材料時(shí)，防穿甲彈能力可提高6倍，因此可用作未來(lái)超現(xiàn)代化的軍艦和戰(zhàn)斗機(jī)等新型武器系統(tǒng)以及運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈的殼體結(jié)構(gòu)材料。

    超級(jí)中間相瀝青基碳纖維（U-MPCF）及其復(fù)合材料

    U-MPCF是已產(chǎn)業(yè)化的碳纖維中拉伸模量和導(dǎo)熱系數(shù)最高的產(chǎn)品，兩項(xiàng)指標(biāo)分別達(dá)到了935GPa和900W/（m·K），專利上發(fā)表的上述兩個(gè)值分別超過(guò)1 000GPa和1 000W/（m·K），主要用于需要耐高溫、抗燃、高剛性、熱膨脹系數(shù)小和耐宇宙射線的領(lǐng)域，例如衛(wèi)星天線板等。

    各類MPCF增強(qiáng)熱塑性樹脂制品

    目前市場(chǎng)上已開發(fā)出超高導(dǎo)熱系數(shù)系列產(chǎn)品，以日本Granoc纖維為例，其導(dǎo)熱系數(shù)有320、500、600和900W/（m·K）等幾種。

    日本三菱樹脂公司的U-MPCF為該類纖維的最高性能水平產(chǎn)品，包括：拉伸強(qiáng)度3.8GPa，拉伸模量900GPa，斷裂伸長(zhǎng)率0.4%，導(dǎo)熱系數(shù)620W/（m·K）；或拉伸強(qiáng)度3.7GPa，拉伸模量935GPa，導(dǎo)熱系數(shù)800W/（m·K）。

    目前，我國(guó)湖南大學(xué)、北京化工大學(xué)及多家企業(yè)正開展相關(guān)纖維的中試研究，預(yù)期“十三五”期間將建設(shè)百噸級(jí)生產(chǎn)線。

    2   聚對(duì)亞苯基苯并二噁唑纖維

    PBOF是綜合性能極佳的超纖維，拉伸強(qiáng)度5.5～6.0GPa，模量300GPa，熱分解溫度650℃，在500℃下暴露1h可保留80%的初始模量，而對(duì)位芳香族聚酰胺纖維在450℃便分解，極限氧指數(shù)（LOI）達(dá)到68，可用于體育、工業(yè)及防護(hù)領(lǐng)域。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）將其用于火星表面探測(cè)器吊帶，長(zhǎng)20m。該纖維的主要缺點(diǎn)是紫外光穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，改進(jìn)方法是在其苯環(huán)上引入羥基或進(jìn)行共聚改性

    目前只有日本東洋紡有400 t/a的PBOF產(chǎn)能，其產(chǎn)品商品名為“Zylon”。我國(guó)約有 6 家單位研制，其中中藍(lán)、晨光化工研究院正建設(shè)350 t/a的生產(chǎn)線，中試產(chǎn)品強(qiáng)度可達(dá) 6 GPa；浙江工業(yè)大學(xué)和北京化工大學(xué)正與相關(guān)企業(yè)合作，分別興建300和100 t/a的生產(chǎn)線。

    3  芳雜環(huán)類三元共聚纖維

    芳綸Ⅲ是綜合性能極佳的有機(jī)超纖維，最早由俄羅斯的3家科研院所研制，包括全俄合成纖維科學(xué)研究院、圣彼德堡化纖研究院和莫斯科復(fù)合材料科研生產(chǎn)聯(lián)合體，現(xiàn)主要由石頭城化工廠生產(chǎn)。該纖維的應(yīng)用領(lǐng)域包括纖維編織、輕質(zhì)防彈服、火箭和導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等。

    目前，產(chǎn)品已形成系列化的有SVM、ARMOS、Rusar系列產(chǎn)品、Artek、Ruslan、Arus等，具有超高強(qiáng)度、高模量、抗燃、耐高溫等特點(diǎn)，其中Rusar（苯環(huán)上含氯產(chǎn)品）產(chǎn)量最大，成本低，用途最廣，其中的Rusar NT的拉伸強(qiáng)度高達(dá)7GPa，相當(dāng)于東麗的T1000，在有機(jī)纖維中最高。

    我國(guó)有4家單位已小規(guī)模投產(chǎn)，四川輝藤、晨光化工研究院、航天46所和廣東新會(huì)彩艷公司的產(chǎn)能各為300、50、50和50t/a，今后晨光化工也計(jì)劃擴(kuò)至百噸級(jí)規(guī)模，但相較于俄羅斯2000t/a的規(guī)模，仍有較大的距離。

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責(zé)任編輯：王元

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