高性能纤维是指超高强度、高模量、耐高温、高耐腐蚀的纤维，属于能够在苛刻工况下工作的特种纤维。

特种纤维简介

高性能纤维中的有机高性能纤维大多为主链上含有苯环或杂环的刚性链高聚物，这类刚性链高性能纤维体现的是高强度和耐高温以及阻燃特性。少数是柔性链高性能纤维，主链由脂肪链构成，主要有超高分子量聚乙烯纤维、超高分子量聚乙烯醇和聚四氟乙烯纤维，这类纤维主要体现的是高强度或高耐腐蚀性，而耐高温性通常较差。

2.3.3.1　高性能有机纤维

（1）对位芳纶

对位芳纶是聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维的简称，1965年由美国杜邦公司发明，1971年商品化命名为凯夫拉（Kevler），其他公司相同产品的商品名有Twaron、Technora、Terlon等，中国称为芳纶1414。

PPTA纤维分子中的对苯基使其主链变得僵硬，分子链有很好的刚性，酰胺键与苯环基团形成共轭结构，内旋位能相当高，大分子构型为沿轴向伸展的刚性链结构，分子排列规整，取向度和结晶度高，链段排列规则，且存在很强的分子间氢键，这些因素共同赋予对位芳纶以超高强度和高模量，同时还具有耐高温、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℃下，不分解，不融熔；在200℃经100h后，其强度保持率仍在75%以上；在160℃经500h后，仍能保持原强度的95%左右。

对位芳纶被广泛应用于国防军工等尖端领域，如军用头盔、防弹背心、防刺防割服、排爆服、高强度降落伞、防弹车体、装甲板等。此外，对位芳纶作为一种高技术含量的纤维材料还被广泛应用于航天航空、机电、汽车、体育用品等领域，例如，其树脂基复合材料可用作宇航、火箭和飞机的结构材料，能够减轻重量，增加有效负荷，节省大量动力燃料。

（2）间位芳纶

间位芳纶是聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）纤维的简称，杜邦公司于1967年将其商品化，商品名为诺梅克斯（Nomex），其他公司相同产品的商品名有Conex、Fenelon、Tametar等，中国称为芳纶1313。

PMIA纤维分子中的酰胺基团以间位苯基相互连接，其共价键没有共轭效应，内旋转位能相对对位芳纶低一些，大分子链呈现柔性结构。间位芳纶是一种综合性能优良的耐高温特种纤维，具有优异的热稳定性，在260℃持续使用1000h，机械强度仍保持原有的65%，或在300℃下连续使用7天，强度保持50%，在370℃以上才分解出少量气体；具有阻燃性，高温燃烧时表面碳化，不助燃，不产生熔滴；具有电绝缘性，芳纶绝缘纸耐击穿电压可高达到10万V/mm。它的强度和伸长与普通涤纶相似，便于加工与织造。另外，还具有化学稳定性和耐辐射性，在电绝缘纸、高温过滤材料、防护服装、消防服装、蜂窝结构材料等方面有着广泛应用，是航空航天、国防、电子、通信、环保、石油、化工、海洋开发等高科技领域的重要基础材料。

（3）PBO纤维

PBO纤维是聚对苯撑苯并二唑纤维的简称，是含有芳杂环的芳香族聚酰胺纤维。美国空军于20世纪60年代开始研究，美国陶氏化学公司（Dow）进行工业性开发，后授权给日本东洋纺进行大规模生产，东洋纺PBO纤维的商品名为Zylon。

PBO纤维是现有合成纤维中强度和模量最高的品种，可达到芳纶1414的2倍，一根直径1mm的PBO细丝即可吊起450kg的质量，强度是钢丝的10倍以上。同时具有非常高的耐热性和阻燃性，热稳定性相比芳纶1313更高，在600～700℃开始热分解，400℃下强度和模量基本不变，可长期工作在350℃下，极限氧指数为68%。具有非常好的抗蠕变、耐化学和耐磨性能，很好的耐压缩破坏性能，不会出现无机纤维的脆性破坏。但PBO纤维的耐光或耐光热复合作用的性能较差，在氙弧灯照射4h后，强度损失30%～40%；伸长损失约45%；模量约损失10%。

PBO纤维可以制成短纤、长丝和超短纤维浆粕，主要用于要求既耐火、耐热，又要高强高模的柔性材料领域中，如防护手套、防护服装、热气体过滤介质、高温传送带、热毡垫、摩擦减震材料、增强复合材料、飞机或飞行器的防护壳体及热屏障层等。

（4）聚四氟乙烯纤维

聚四氟乙烯纤维我国称为氟纶，是氟化类纤维的典型代表，其他相近的氟化类纤维有聚氟乙烯（PVF）纤维、聚偏氟乙烯（PVDF）纤维等。

聚四氟乙烯纤维具有非常优异的化学稳定性、耐腐蚀性，是当今世界上耐腐蚀性能最佳的材料之一，其稳定性超过所有其他的天然纤维和化学纤维，除熔融碱金属、三氟化氯、五氟化氯和液氟外，能耐其他一切化学药品广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的场合。聚四氟乙烯纤维具有密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化能力。聚四氟乙烯本身对人没有毒性，使用温度-190～250℃，允许骤冷骤热，或冷热交替操作，这使它成为宇航员出仓服面料的最佳选择。(www.daowen.com)

聚四氟乙烯纤维还具有良好的耐气候性，是现有各种化学纤维中耐气候性最好的一种，在室外暴露15年，其力学性能仍未发生明显的变化。其极限氧指数值为95%，是目前化学纤维中最难燃的纤维。聚四氟乙烯纤维还具有良好的电绝缘性能和抗辐射性能。

PTFE的长丝可用于低摩擦系数、耐高低温和化学作用的面料，或与其他纱线加捻混合利用；PTFE短纤维可制作各种防热和耐化学作用的毡片，或具有耐腐蚀性高温气体或液体的过滤介质。

PTFE既不溶解也不熔融，采用特殊的乳液纺丝加后期烧结拉伸制成。

（5）超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维

超高分子量聚乙烯纤维是目前世界上强度最高的纤维之一，分子量一般为106以上，采用凝胶纺丝工艺生产的长丝的断裂比强度达27～38cN/dtex。UHMWPE纤维的密度低，只有0.96g/cm3，用其加工的缆绳及制品轻，可以漂在水面上。其能量吸收性强，可制作防弹、防切割和耐冲击品的材料。

UHMWPE纤维具有良好的疏水性、耐化学品性、抗老化性和耐磨性，同时又耐水、耐湿、耐海水、抗震、耐疲劳、柔软。在极低温度下，其电绝缘性和耐磨性均优良，是一种理想的低温材料。UHMWPE纤维的主要缺点是耐热性差，使用温度不能超过100℃，在125℃左右即开始熔融，其断裂比强度和比模量随温度的升高而降低，因此要避免在高温下使用。

2.3.3.2　高性能无机纤维

（1）碳纤维

碳纤维是指纤维化学组成中碳元素占总质量90%以上的纤维。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。碳纤维既具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

目前商品化的原丝类型有聚丙烯腈基碳纤维、黏胶基碳纤维、沥青基碳纤维、纤维素基碳纤维。按碳纤维的性能可分为高性能碳纤维，包括超高强度碳纤维、高强度碳纤维、中强度碳纤维、高模量碳纤维、中模量碳纤维等；低性能碳纤维，包括耐火纤维、碳质纤维、石墨纤维等。碳纤维的密度为1.5～2g/m3，比金属材料轻得多。碳纤维的强度为1～4GPa（常用），或更高为5～9GPa（高性能）。高模量碳纤维的最大延伸率很少，尺寸稳定性好，不易发生变形。

在没有氧气的情况下，碳纤维能够耐受3000℃的高温，这是其他任何纤维无法与之相比的。碳纤维对一般的酸、碱有良好的耐腐蚀作用。碳纤维主要用于制作增强复合材料，可与树脂、金属、陶瓷、无定形碳等多种基体材料复合，广泛用于航空航天、建筑、交通、运输、国防军工、体育器材及各种产业用途。

（2）玻璃纤维

玻璃纤维是用硅酸盐类物质人工熔融纺丝形成的无机长丝。玻璃纤维有很多品种，如无碱电绝缘玻璃纤维、碱玻璃纤维、耐化学玻璃纤维、高拉伸模量玻璃纤维、高强度玻璃纤维、含铝玻璃纤维、低介电常数玻璃纤维、光导玻璃纤维、防辐射玻璃纤维等。

玻璃纤维作为重要功能纤维材料的主要用途有绝缘材料、过滤材料、光导纤维材料以及纤维增强复合材料中的增强材料。

（3）其他高性能无机纤维

其他的高强高模、耐高温的无机纤维还有玄武岩纤维、陶瓷类纤维（三氧化二铝纤维、氮化硼纤维、碳化硅纤维）等。