高科技纤维及其应用与发展

　 　 高科技纤维是支撑国家高科技产业发展的关键材料，是国防现代化的紧迫基础材料，也是推动国民经济诸多相关产业技术进步、创新发展和产业换代升级的基本要素，更是当前和今后推进节能环保、维护社会安全、构筑低碳经济和确保可持续发展的重要战略材料之一。在当前我国纺织和化纤工业由世界生产大国向技术强国转型升级的关键时期，重点发展高科技纤维，突破关键技术的瓶颈制约，扩大产品品种，增强国际竞争力是当务之急，也是今后国家重点支持的项目。正因为高科技纤维是军民两用的战略材料，是提升国家综合竞争力的关键材料，因此是发达国家长期以来对我国实行技术封锁和涉军产品“禁运”的项目之一，也是专利技术覆盖面最广的产品，只能靠自主研发和国家的鼎力支持来不断壮大自己的产业，满足国民经济日益扩大的需求。

1  高科技纤维的分类
　 　 高科技纤维又称特种纤维，按主要性能、功能和智能划分，可分为耐强腐蚀性纤维、耐高温及抗燃纤维、高强度高模量纤维、功能纤维和智能纤维，前4类统称高性能纤维，而智能纤维是近年来才发展起来的。
　 　 高科技纤维细分有200多种，各类别的代表性品种如下：
        • 耐强腐蚀性纤维：聚四氟乙烯为代表的含氟类纤维，包括三氟氯乙烯-乙烯共聚纤维、聚偏氟乙烯纤维等。
        • 耐高温纤维：聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，聚苯硫醚纤维，聚酰亚胺纤维，聚噁二唑纤维及碳化硅等无机纤维。
        • 抗燃纤维：酚醛纤维，聚丙烯腈预氧化纤维，蜜胺纤维等。
        • 高强高模纤维：聚丙烯腈基碳纤维，沥青基碳纤维，连续玄武岩纤维，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，超高相对分子质量聚乙烯纤维，芳杂环类纤维，碳纳米管等。
        • 功能纤维：中空纤维分离膜（微滤、超滤、纳滤、反渗透、透析、血浆分离和气体分离），活性碳纤维，离子交换纤维，光导纤维，导电纤维，水溶性纤维，纳米纤维，微生物降解纤维等。
        • 智能纤维：形状记忆纤维，体痛感知等刺激应答材料。

2  高科技纤维的主要应用领域
2.1  航天工业
        火箭发动机壳体，卫星天线，电池隔膜，航天飞机结构材料，高压容器，阻力降落伞，航天飞行器结构材料，航天服，水处理系统，光通信系统，特种绳索，高效散热材料，防噪音材料，宇宙站结构材料，宇宙飞船等。
2.2  航空工业
        新一代大型飞机结构材料，机身轻量蜂窝结构材料，防弹舱门，座椅，轮胎帘子布，刹车盘，起落架，发动机壳体，空调滤材，飞艇材料，降落伞，消音材料，临时应急跑道，直升飞机部件，复合材料货柜，货网等。
2.3  国防军工
        导弹外壳，军舰结构与防弹材料，深海防声纳水雷和鱼雷，各种军用飞机结构材料，起落架，刹车盘，蜂窝结构材料，轮胎骨架材料，各种抗燃军服，防弹背心，防弹头盔，降落伞，拦网，消音材料，雷达罩，炮筒，火箭发射筒，防弹军车，油罐车，坦克和装甲车防弹复合装甲材料，防核辐射和生化武器材料，防毒面具，电磁波屏蔽材料，防中子材料，耐高温电机绝缘材料，电磁波屏蔽材料，吸波和透波材料，潜艇结构材料等。
2.4  能源
        碳纤维抽油杆，大型风力发电叶片，深海油田油气管，平台固定锚杆，压缩天然气和液化石油气气瓶及储罐，大型太阳能板，制作太阳能硅片时所需多晶硅和单晶硅高温炉保温材料，核工业所需U238与U235的高速离心分离转筒，海水提铀络合物所需球状离子交换纤维，核电站处理含放射性冷却水的滤材，探铀矿用离子交换纤维，锂离子电池负极材料，燃料电池扩散层，纳米纤维电池隔膜，储氢装置及储能碳纳米管，磁悬浮储能高速飞轮，纳硫或锂硫电池隔膜，碳纤维节能发热体，LED灯散热材料，高压输电缆补强芯材，煤矿输送机刮板，耐磨导板等。
2.5  环保
        中空纤维反渗透膜海水淡化和苦咸水处理，生活污水和工厂废水处理，家庭用自来水净化器，用碳纤维治理海水赤潮，湖水的蓝藻和江河的菌类污染，水域漏油或其它化学品吸附净化材料，室内微量甲醛吸附材料，高效空调滤材，挥发性有机溶剂吸附材料，除湿剂，冬暖夏凉窗帘，高温粉尘滤材，吸音和隔音材料，防辐射材料，光催化纤维，森林浴纤维等。
2.6  医疗与生命科学
        中空纤维人工肾、人工肝、人工脾、人工肺、血浆分离器、腹水透析器、人造血管和人造皮肤，碳纤维复合材料人工骨、韧带、腱、心脏隔膜、DNA快速检测部件、X光和CT床板和医院轻量轮椅，胃镜，打针水处理热源，血液过滤净化，磁疗用披肩，腰围，护膝，内衣，袜子和帽子，碳纤维发热体理疗器材，防菌透气手术罩布，高效防菌口罩，药物的浓缩与提纯，高吸液性擦拭布，轻质氧气瓶，吸收性缝合线，止血消菌敷料等。
2.7  建筑与建材
        超高层建筑代钢筋材料，外墙混凝土加固和高精度防水材料，各种建筑结构物（包括桥墩、烟囱、隧道等）的耐震加固和修复材料，大跨度斜拉桥和悬索桥的代钢索材料，简易河桥，碳纤维或对位芳酰胺纤维增强次生木材，吊桥的缆绳，体育场空气支撑顶蓬材料，看台简易顶蓬，人造草地，高速公路防震裂和防高温沥青软化补强材料，轻质复合材料各种型材等。
2.8  机械与电机
        机器人手臂，搬运液晶板叉具，织布机剑杆，高精度超长辊筒，齿轮，泵体，电机绝缘材料，离合器，制动材料，电梯厢，防切割手套，特种螺栓等。
2.11  高速列车
        高速列车车头，车厢的碳纤维结构材料，车厢保温材料，阻燃内装饰织物，传感元件，光导纤维显示系统等。
2.12  船舶
        船体结构材料，船舵，桅杆，船帆，系留绳，集装箱等。
2.13  石化与化工
        高压容器，耐腐蚀管道，催化剂纤维载体，混合气体分离，合成氨尾气回收氢气，合成气比例调整，天然气净化，乙醇脱水，易燃易爆工作服，手套等。
2.14  体育休闲用品
        高尔夫球杆，棒球棒，垒球棒，撑杆，网球拍，羽毛球拍，自行车，摩托车，头盔，各类赛艇，皮艇，划艇，舢板，帆板，桨，桅杆，船帆，赛车，滑雪板，雪撬，水球杆，冲浪板，滑板，弓，箭，击剑，仿鲨鱼皮泳装及泳帽，登山服，登山绳，钓鱼竿，滑轮，手提琴，滑翔伞及绳带，三角翼滑翔机骨架，大型风筝骨架及线绳，航模，旱冰鞋等。
2.15  轻工
        饮料、啤酒、酱油等的提纯滤材，特种纸，造纸废液提取α-纤维素制新型碳纤维原料，固化酶浓缩与提纯，眼镜架，擦镜布，冰箱除臭无纺布等。

3  我国高科技纤维发展简况
        我国高科技纤维发展不平衡，目前已产业化的有芳酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、芳砜纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维、聚四氟乙烯纤维、PAN预氧化纤维、PAN基碳纤维、连续玄武岩纤维、活性碳纤维、中空纤维分离膜、光导纤维、聚乳酸纤维、含硅粘胶纤维、通用级沥青纤维、芳纶Ⅲ、聚噁二唑纤维、聚酰亚胺纤维、酚醛纤维、碳化硅纤维及其它功能纤维等。2013年总厂家数将超过百家。

到2015年，我国PAN基碳纤维将有40 家生产家，PAN原丝厂约4 家，沥青基碳纤维厂约5 家，连续玄武岩纤维厂家至少12 家，对位芳酰胺纤维约12 家，间位芳酰胺纤维6 家，芳纶Ⅲ5 家，超高相对分子质量聚乙烯纤维至少25 家，聚苯硫醚纤维5 家，芳砜纶1～2 家，聚酰亚胺纤维2～3 家，酚醛纤维、蜜胺纤维、聚噁二唑纤维、聚苯双噁唑纤维、聚芳酯纤维、新芳纶Ⅲ、碳化硅纤维、氧化铝纤维等至少各1 家，中空纤维分离膜20～30 家，活性碳纤维6～7 家，石英与塑料光纤6～8 家，生物降解纤维约5 家，离子交换纤维2～3 家，碳纳米管5～6 家，各种纳米纤维3～5 家，其它功能纤维20余 家，总共约200多 家。

高科技纤维是我国方兴未艾的战略性新兴产业，其发展速度居全球之首。到2020年我国基本上可配齐所需的近所有品种，并具有国际竞争力，这将极大地推动我国产业结构的调整，向高技术和高附价值的产业过渡，为全球的节能减排和经济的可持续稳定发展作出历史性的贡献。