§世界三大高性能纤维是：芳纶、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维

芳纶简介　　

芳纶全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺",英文为Aramid fiber（杜邦公司的商品名为Kevlar），是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。

　芳纶纤维是重要的G防军工材料，为了适应现代战争的需要，目前，美、英等发达G*的防弹衣均为芳纶材质，芳纶防弹衣、头盔的轻量化，有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。在海湾战争中，美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。除了军事上的应用外，现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等G民经济的各个方面。在航空、航天方面，芳纶由于质量轻而强度高，节省了大量的动力燃料，据G外资料显示，在宇宙飞船的发射过程中，每减轻1公斤的重量，意味着降低100万美元的成本。除此之外，科技的迅猛发展正在为芳纶开辟着更多新的民用空间。据报道，目前，芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7～8%，航空航天材料、体育用材料大约占40%；轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右，还有高强绳索等方面大约占 13%。

　　芳纶主要分为两种，对位芳酰胺纤维（PPTA）和间位芳酰胺纤维（PMIA），自20世纪60年代由美G杜邦（DuPont）公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化后，在30多年的时间里，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程，价格也降低了将近一半。现在G外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。在芳纶纤维生产领域，对位芳酰胺纤维发展*快，产能主要集中在日本和美G、欧洲。如美G杜邦的Kevlar纤维，荷兰阿克苏诺贝尔（Akzo Nobel）公司（已与帝人合并）的Twaron纤维，日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。间位芳酰胺纤维的品种有 Nomex、Conex、Fenelon纤维等。美G的杜邦是芳纶开发的先驱，他们无论在新产品的研发、生产规摸上，还是在市场占有率上都是世界一流水平，仅他们生产的Kevlar纤维，目前就有Kevlar一49、Kevlar－29等十多个*号，每个*号又有数十种规格的产品。杜邦公司在去年宣布将扩大Kevlar纤维的生产能力，该扩建项目预计在今年年底完工。帝人、赫斯特等芳纶生产的**企业也不甘示弱，纷纷扩产或联合，并积*开拓市场，希望成为这个朝阳产业的生力军。

　　德GAcordis公司近期开发出高性能超细对位芳纶 (Twaron)产品，它既不燃，也不会熔融，还有很高强度和*大杭切割能力，主要可用于生产涂层及非涂层织物、针织产品和针剌毡等既耐高温又抗切割的各种纺织服装装备。Twaron超细长丝的细度仅为职业安全服常用对位芳纶的60%，用它织造手套·其抗切割能力提高l0%，用它生产梭织物和针织产品，其手感更柔和，使用更舒适。Twaron防切割手套主要用于汽车制造业、玻璃工业及金属零部件生产厂，还能为森林工业生产护腿用品，为公共运输行业提供防破坏装备等。利用Twaron的阻燃耐热性，可为消防队提供防护套装和毡毯等装备，以及为铸造，炉窑、玻璃厂等高温作业部门提供耐热防火服，以及生产飞机座阻燃防火包覆材料。用这一高性能纤维还能创造汽车轮胎、冷却软管、V型皮带等机件、光学纤维电缆和防弹背心等防护装备，还能代替石棉做摩擦材料和密封材料等。

　　据有关部门统计，芳纶纤维世界总需求量在2001年为36万吨/年，而在2005年将达到50万吨/年。全球对芳纶的需求呈现不断增长的态势，芳纶作为一种新兴的高性能纤维进入了飞速发展的时期。

碳纤维

是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。

　　碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。

化学性质

　　碳纤维是含碳量高于90％的无机高分子纤维。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。

碳纤维的制备

　　碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2％。用量*大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。

　　目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、氧化及脱氧等。

碳纤维的强伸性能测试

　　由于原料、模量、强度和*后的热处理温度不同，产生了特性不同的碳纤维，前者硬而脆的常用于复合材料，软而柔顺的常用于纺织；后者多被用于工程用料。由于碳纤维的应用越来越多兼之其特性，碳纤维强力拉伸性能测试的紧迫性摆在了我们面前。强伸性能试验属于破坏性的，试验完毕试样没有可恢复性，又因为碳纤维分离成为单纤维以后非常脆弱，因此在每次试验过程中，需要细心、耐心，试验前不要对试样造成损伤。一般试验需要得到的技术指标是CV值、平均值等。

　　碳纤维的拉伸性能测试分单丝法和复丝法。碳纤维分离成为单纤维以后非常脆弱，剪切强度很低，稍有不慎就会断裂，因此在每次试验过程中，需要细心、耐心，不要对试样造成损伤。单纤维强伸性能试验通常采用纸框法固定试样，当然也不排除其他方法。单纤维强伸性能试验要采用能测试碳纤维的高强高模纤维强力仪。

超高分子量聚乙烯纤维

(英文全称： Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber，简称UHMWPE)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量 *高的纤维,其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。

　　特殊性能:　　

1、高比强度，高比模量。比强度是同等截面钢丝的十多倍，比模量仅次于特*碳纤维。

　　2、纤维密度低，密度是0.97g/cm 3 ，可浮于水面。

　　3 、断裂伸长低、断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。

　　4、抗紫外线辐射，防中子和γ射线，比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。

　　5、耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。

　　物理性能：

　　密度：0.97～0.98g/cm3。比水的密度低，可以漂浮在水上。

　　强度：2.8～4N/tex。