高性能纖維一般指強度大於17.6cN/dtex，彈性模量在440cN/dtex以上的纖維。 高性能纖維是纖維科學和工程界開發的一批具有高強度、高模量、耐高溫性的新一代合成纖維。高性能纖維具有普通纖維沒有的特殊性能，主要套用于軍工和高科技產業各個領域。
基本介紹
- 中文名：高性能纖維
- 外文名：high performance fiber
- 強度：大於17.6cN/dtex
- 彈性模量：440cN/dtex以上
- 套用：工業、國防、醫療
- 學科：材料科學技術
簡述,特點,製備方法,主要分類,常見種類,碳纖維,芳綸纖維,超高分子量聚乙烯纖維,玄武岩纖維及其複合材料,聚苯硫醚,
簡述
高性能纖維為力學性能優良，強度為18cN/dtex(20g/D)、初始模量為441cN/dtex(500g/D)的特種纖維。主要品種為有機纖維的對位芳綸(聚對苯二甲醯對苯二胺)、全芳香族聚酯、超高相對分子質量的高強聚乙烯纖維及新問世的聚苯並雙惡唑等，無機纖維主要為碳纖維。
高性能纖維的生產工藝不同於常規合成纖維，如對位芳綸的液晶乾濕法紡絲，高強聚乙烯纖維的凝膠紡絲，碳纖維的燃燒碳化等工藝都將合成纖維工藝技術帶入高技術範疇。並且以高性能纖維為增強基質，用熱可塑性樹脂和熱硬化樹脂以及各種類型的編織物形成的複合材料已逐步擴大在航空、航天、交通運輸、工業生產、農林、海洋水產、能源、環境保護、通信、醫療衛生、體育器材等方面的套用，為人類提供新時代的物質條件，豐富了人類的生活。由高性能纖維為強化材料組成的尖端複合材料(Advanced composite materials)套用領域廣泛，推動技術經濟的發展。
特點
高性能纖維具有普通纖維沒有的特殊性能，是一種優質的工程材料，其特性如下：
(1)極高的機械性能。高強度、高彈性模量。纖維材料的進步使得製造先進複合材料成為了可能。彈性模量是衡量材料的一個重要指標，如工程中常用的鋼纖維是200GPa，製造飛機的鈦合金是106GPa，鋁合金為71 GPa，而PPTA纖維的模量是132GPa，PBO纖維更高達280GPa。
(2)高性能纖維具有耐高溫性，具有高溫下尺寸穩定，熱收縮率很低，因此在耐熱防護材料上有特殊用途。
(3)高性能纖維的另一優點是密度低，有利於製品的輕量化。
(4)有機高性能纖維加工簡便，容易成型。
(5)有機和無機高性能纖維耐腐蝕。
製備方法
大多數高性能特種纖維採用濕法紡絲製成。有些纖維製備工藝難度較大，如先用傳統的紡絲技術紡出線型或分子量較低的纖維，然後再分別進行環化、交聯、金屬螯合、高溫熱處理、表面物理化學處理或電漿處理等工序方能製得成品纖維;還有的需要採用乳液紡絲、反應紡絲、液晶紡絲、乾噴濕紡、相分離紡絲、高壓靜電紡絲、高速氣流熔融噴射和特殊的複合紡絲技術等新型紡絲工藝；也有的利用現有的合成纖維，通過功能團反應獲得各種離子交換基團或轉化為纖維。
主要分類
高性能纖維按性能可分為耐腐蝕性纖維、耐高溫纖維、抗燃纖維、高強度高模量纖維、功能纖維和彈性體纖維等。
②耐高溫纖維：有聚間苯二甲醯間苯二胺纖維、聚醯亞胺纖維、 聚苯碸醯胺纖維、聚醯胺醯亞胺纖維、聚苯並咪唑纖維等。
③抗燃纖維：有酚醛纖維、芳香族聚醯胺表面化學處理纖維、金屬螯合纖維、聚丙烯腈預氧化纖維等。
⑥彈性體纖維：有聚酯型和聚醚型聚氨基甲酸酯纖維、 聚丙烯酸酯類纖維、聚對苯二甲酸丁二醇酯纖維等。
常見種類
近年來，國外高性能纖維產業發展迅速，全世界總產能約20萬噸，雖然只占化纖總產能0.5%，但其戰略意義和經濟效益非常之大。高性能纖維材料主要有碳纖維、芳綸纖維、玄武岩纖維、聚苯硫醚纖維、超高強高模聚乙烯纖維、聚對苯撐苯並雙惡唑纖維、聚酞亞胺纖維和聚四氟乙烯纖維等。對其中五種主要高性能纖維材料介紹如下。
碳纖維
碳纖維在國外主要套用於航空航天工業、地面交通工具(如汽車、快速列車等)、造船工業、碼頭和海上設施、體育與休閒用品、電子產品、基礎設施、造紙、紡織、醫療器械、化工、冶金、石油、機械工業等眾多領域．在這些領域中許多零部件在高強度、高剛度、重量輕、耐高溫、耐腐蝕等環境下工作，因此，2000年以來，全球對碳纖維的需求急速增加，供不應求。
芳綸纖維
芳綸纖維全稱為“聚對苯二甲醯對苯二胺”，芳綸纖維主要分為兩種，對位芳醯胺纖維(PPTA)和間位芳醯胺纖維(PMIA)。芳綸纖維在防彈材料方面的需求持續增長，同時與節能、環保相關的領域需求量也不斷增長。目前世界芳綸的生產能力約8.2萬噸/年(其中，對位芳綸5.5萬噸/年、間位芳綸2.3萬噸/年)，生產主要掌控在美國杜邦手中。芳綸產品用於防彈衣、頭盔等約占7%～8%，航空航天材料、體育用材料約占40%、輪胎骨架材料、傳送帶材料等約占20%，高強繩索等約占13%。而作為增強材料，芳綸有其不可替代的作用。據《精細化工原料及中間體》雜誌報導預測，到2015年全球對位芳綸需求量約為13萬噸，2020年需求量約為20萬噸。其中，對位芳綸已經成為全球發展最快、產量最高、用途最廣的高科技纖維，今後的研發方向是開發新品種和新市場。
超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維屬世界範圍內的稀缺物資，截至目前，世界超高分子量聚乙烯纖維總產量為每年1.5萬噸左右，需求量在3萬噸左右。據業內專家預測，近幾年國際超高分子量聚乙烯纖維市場年需求量將達到5萬噸，未來纖維需求量將達到10萬噸以上。而目前，除中國以外，世界上能夠產業化生產超高分子量聚乙烯纖維的就只有荷蘭、美國、日本這3個國家，總產量不超過1萬噸。
此外由於世界反恐形勢的需要，超高分子量聚乙烯纖維在防彈領域的套用也保持著不衰的勢頭。今後將重點改進其耐熱性、蠕變性及與樹脂的黏合性，大力擴大在複合材料、纜繩、漁業網箱等民用大市場的套用。
玄武岩纖維及其複合材料
作為耐高溫隔熱保溫材料、複合增強纖維材料、高性能摩擦和過濾材料，玄武纖維可廣泛套用於航天、航空、高速列車、汽車、船舶、國防、軍工、安防、建築工程、防火工程、海洋工程、土木工程、公路工程、橋樑工程、電力工程、石油工程、加固工程等行業。
近年來，玄武岩纖維開始出現競相發展的勢頭，已有10多個國家開展研發和生產，2008年全球總產量約為4 000噸上下，今後的研發方向是提高生產效率、降低能耗和穩定提高產品性能，並擴大套用領域。
聚苯硫醚
聚苯硫醚主要用於特種功能過濾材料．如燃煤鍋爐過濾袋用布、造紙機用布、電子工業專用紙、電絕緣體、電解隔膜、氣液過濾材料、防霧材料、耐輻射材料、特種墊圈和包裝材料的高性能組分等。據推測，2010年聚苯硫醚化合物的全球需求量約為7.5萬噸，預計今後將以7%以上的年率快速增長。
