高性能纖維的案例
全面解讀高性能纖維與復合材料
發展高性能纖維及其復合材料的重要意義
高性能纖維及其復合材料因強度高、比重小，是國家安全、航空航天與海洋開發等使用的物資，新一輪新型武器裝備研發，對高性能纖維及其復合材料提出新的要求，高性能化與結構功能一體化是高性能纖維與復合材料的重要發展趨勢。
隨著中國的強大，新一輪武器裝備競賽序幕已經拉開，美國、中國、日本、歐洲、俄羅斯等均設立超高性能纖維，結構功能一體化纖維等專項，進行攻關，包括超高強度纖維、高模量纖維等，特別是纖維學科與納米、化學、凝聚態物理、電磁波、仿生結構等多學科交叉的研發團隊，有望為高性能纖維及其復合材料的制備帶來全新的理論和技術突破。
碳纖維復合材料是制造業輕量化核心
碳纖維復合材料不再只是國防戰略物資，輕量化碳纖維復合材料技術更是低碳經濟和先進制造業的核心競爭力；輕量化技術可以提升交通運輸工具能源利用率，減少排放，提高科技水平；可減少運動部件慣量，提高運動速度，提高精度，減少噪音，減少能耗，提高機械設備科技水平；高性能纖維及其復合材料具有良好抗腐蝕性，可以提高海洋、化工、石油、建筑等領域建筑與裝備的抗腐蝕性，延長壽命，提高競爭力。
特別是碳纖維復合材料，經過50多年發展，技術不斷進步，產業不斷成熟，正在發展成為低碳經濟和制造業輕量化核心技術，為此，近十年來，發達國家積極調整發展戰略，把發展碳纖維復合材料作為制造業振興、提升國家制造業核心競爭力的重要途徑。
幾十年來，日本、美國、歐洲等發達國家一直在引領全球航空航天等高端領域碳纖維復合材料制造與應用的發展。
展開 我國高性能碳纖維實現穩定量產
作為新材料界“皇冠上的明珠”，碳纖維行業是高技術競爭的戰略性關鍵領域。經過多年研究攻關，我國不僅在碳纖維材料的研發上取得新突破，性能指標達到國際先進水平，而且實現了高性能碳纖維的穩定量產，為我國航空航天、交通運輸等領域的發展提供了有力的材料支撐。
經過聚合、紡絲、氧化、碳化等復雜流程之后，這些正在被卷繞起來的“黑絲”就是最新生成出來的T1000高性能碳纖維。碳纖維是一種高強度的新型纖維材料，重量是鋼的1/5，強度卻是鋼的5倍，不僅有固體的特性，還有紡織纖維的柔軟可加工性。
合肥工業大學碳纖維技術及應用中心研究員張永明：碳纖維的原料從最根本上來說還是一種石油產品，丙烯氰的成分。做碳纖維實際上就和做面條有很多相似之處，在聚合階段為了保證這個面能和得好，我們要加很多的組分在里面，使它在紡絲的過程中更容易被很好的拉伸，減少缺陷。同時這些共聚組分可以在我們碳化，也就是煮面的過程中，反應非常平緩穩定可靠，這樣的話才能保證整個纖維做出來是一個高性能的。
近年來，我國碳纖維研究取得快速發展，高性能碳纖維工程化研究單位已超過40家，但是生產工藝卻一直面臨諸多難題。經過多年攻關，我國最大的高性能碳纖維生產線實現了穩定量產，年產原絲5000噸，碳絲1700噸。經北京航空航天大學高性能碳纖維檢測評價中心、北京化工大學國家碳纖維工程中心等權威機構檢測顯示，其性能指標已達到T700、T800和T1000等國際先進水平。
合肥工業大學碳纖維技術及應用中心研究員張永明：碳纖維是我們國民經濟發展必須的一種先進材料，在未來的汽車輕量化的過程中會需要大量的碳纖維，我們提供了很好的材料保證。
據介紹，碳纖維同金屬、樹脂、玻璃、陶瓷等基礎材料復合后，能形成強度高、重量輕、耐腐蝕性強等優良特性，廣泛應用于航空航天、交通運輸、建筑醫療等多個領域，成為影響未來科技發展水平的戰略新型材料。
展開 紡織工業十二五規劃擬定 “掘金”高性能纖維
分析認為，由于高性能纖維及復合材料性能要求高、生產工藝復雜、技術壁壘高，是未來產業升級的關鍵要素，其中具有技術、規模優勢的公司有望受益...
我國最大規模高性能碳纖維產業化獲得成功
聚丙烯腈基碳纖維是軍事工業用量大、使用面廣、地位極為重要的關鍵性高性能纖維材料，鍛壓模具是各類軍用高強、高模、高強高模型復合材料的原料及技術基礎。碳纖維在民用領域也廣泛應用，我國在經濟高速發展中，碳纖維復合材料制品也獲得快速發展，特別是作為體育休閑用品生產大國，每年需大量進口碳纖維，如2010年全世界碳纖維產量達到4萬多噸，我國進口約7000多噸，約占世界總產量的1/5。 江蘇恒神纖維材料有限公司作為“碳纖維產業化國家示范工程”的實施單位，從2007年8月成立以來，與北京化工大學、北京航空航天大學、東華大學、西南交通大學等研發機構建立了深度合作的產學研關系，一次性建設年產3000噸規模的碳纖維企業，形成了從原材料到終端產品的完整產業鏈，不但有碳纖維，還有碳纖維織物、樹脂、預浸料、復合材料制品。目前，公司已擁有發明、實用新型專利25項，專有技術若干項。
展開 
90后研發高性能航空材料
打破國外壟斷，成為國產高性能碳纖維熱塑性復合材料開拓者和領軍企業，為國防工業發展提供有力技術支撐——這是華東理工大學9名90后研究生創新創業的心愿。
又輕又結實，既耐高溫又耐腐蝕，抗沖擊性強、可塑性高，具備這些特點的材料應用于飛機制造，可以取代部分金屬材料，減輕機身重量，減少燃油使用，降低碳排放。可以說，材料是未來飛機的核心。由單毫、洪成、賈凱慧等華理學子組成的上海華航碳纖維復合材料有限公司，便著眼于此，他們開發了連續碳纖維增強聚醚醚酮復合材料（CF/PEEK復合材料）。這種復合材料的強度比金屬高5倍，重量比金屬輕60%，性能比同類產品提升了10%以上，不僅耐高溫、耐腐蝕、抗沖擊，還具備自潤滑、耐磨損、X光可透過、耐輻射等特性，除能廣泛應用于航空航天領域外，還能在武器裝備、能源工業、交通運輸、醫療器械等領域大顯身手。玻璃纖維透明https://www.hongyantu.com/goodlist/zq/16000.html
如今，華航團隊擁有3項發明專利，相關產品今年9月在國產大飛機的潛在供應商進行試用時獲得認可；與此同時，團隊榮獲中國第四屆“互聯網+”創新創業大賽上海市金獎、全國銀獎，2018年“創青春”全國大學生創業大賽上海市金獎、全國銀獎。
華航復材團隊的調研顯示，受限于技術壁壘較高，全球能生產CF/PEEK復合材料的企業屈指可數。如今，高性能纖維及其復合材料相關產業在全球范圍內發展迅速，市場對輕量化、可回收、環境友好型材料的需求也在日益增長。若在制造業中大規模應用相關材料，可大大提升制造業輕量化科技水平。自“十二五”以來，我國高度重視高性能纖維復合材料的研發和應用，并制定了相應的戰略規劃。
“或許我們還有一些不足，產品也還有提升空間，但我看好CF/PEEK復合材料的發展前景。”華航復材團隊的靈魂人物、華理化工學院研三學生單毫表示。
展開 寧波材料所在國產高強高模碳纖維結構性能關聯性研究領域取得進展
高強高模碳纖維具有高比模量、熱膨脹系數小、尺寸穩定等系列優點，是衛星和航天器的主體結構、功能結構和防護結構等不可替代的關鍵材料。中國科學院寧波材料所特種纖維事業部長期致力于國產高性能碳纖維技術研發，于2016年2月、2018年3月相繼實現國產M55J、M60J高強高模碳纖維制備技術突破。
圖1 國產M55J高模碳纖維與東麗M55J纖維截面形貌對比
在國產高強高模碳纖維系列化制備技術基礎上，特種纖維事業部針對國產M55J級高強高模碳纖維微觀結構-宏觀性能關聯性等領域基礎科學問題開展了深入研究，通過纖維截面形貌研究發現，國產M55J高模碳纖維截面呈規則圓形，而東麗M55J碳纖維呈腰形（圖1），進一步通過高溫石墨化過程中纖維石墨特征結構演變機理研究發現，高模碳纖維拉伸模量與Raman光譜中無序結構D峰、石墨特征結構G峰的半高寬存在一定函數關系，D峰、G峰半高寬值越小，纖維拉伸模量越高；同時，國產M55J碳纖維拉伸強度高達4.86GPa，顯著高于東麗M55J碳纖維的4.02GPa，結合該性能差異針對其微觀結構研究發現，石墨微晶層間距和微晶取向是影響高模碳纖維拉伸強度關鍵因素，國產M55J高模碳纖維與東麗M55J碳纖維石墨微晶層間距相同，但國產M55J高模碳纖維具有更高石墨微晶取向（圖2），說明高取向石墨微晶結構有利于高模碳纖維拉伸強度的提高。該系列研究成果發表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018, 112:111-118；Journal of Raman Spectroscopy，2019，doi.org/10.1002/jrs.5569等期刊上。
展開 全球首款高性能碳纖維快艇“亮世”，水陸通吃
近日，美國Cigarette Racing和梅賽德斯AMG為了慶祝合作12周年，在邁阿密國際游艇展上再次聯手推出高性能碳纖維快艇——41' AMG Carbon Edition。此款快艇既能賽車亦可賽艇！
2007年，梅賽德斯-AMG和美國著名賽艇制造商Cigarette Racing攜手，以梅賽德斯-AMG第一款獨立研發的車型SLS AMG為原型設計了一款超酷賽艇。
此后，這兩家血液里都流淌著不安分的競速基因的制造商，攜手陸續推出了以Vision GT概念車、梅賽德斯-AMG GT S、梅賽德斯-AMG Project ONE等車型為原型的賽艇。
2019年，AMG和Cigarette Racing再度聯手以梅賽德斯-AMG GT四門跑車為設計靈感的第十款特別版快艇41' AMG Carbon Edition，外觀與梅賽德斯AMG GT 63 S四門版相同的涂裝，碳纖維飾板與紅色裝飾條相搭配為快艇添加了運動感和奢華感。
41' AMG Carbon Edition全長41英尺（約12.5米），周身充滿了碳纖維組件，包括甲板、控制臺和船艙頂部都經過碳纖維處理，比2017年的50' Marauder AMG重量還要輕500磅（約226.8千克）。
其內部的三個17英寸高清顯示屏讓船長可以密切關注發動機的動力信息和導航信息。
Cigarette說，碳有助于優化船的重心，通過輕量化提供更優越的性能，并改善操控性。
至于舷外發動機，有四個Mercury Racing Verado 400R裝置為船提供動力。
重量的優化，使得這款12.5米長的快艇在總輸出功率1600馬力的動力裝置的驅動下，最高時速可達134km/h。
展開 菲利華啟動7.3億元定增 擴產集成電路及高性能復合材料制品
本次定增的另一大項目高性能纖維增強復合材料制品生產建設項目則與軍工需求有關。公告介紹，近四十年來，菲利華的石英纖維紗和織物已廣泛應用于我國航空航天等國防軍工領域，從神州飛船到多種型號的戰略武器裝備。目前全球僅有4-5家企業具有石英纖維量產能力，而公司是全球少數具有石英纖維量產能力的制造商之一。
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Nature子刊：伸長率1200%，中國科大制備出仿蜘蛛絲高性能纖維！
彈性可拉伸導電纖維是制備可拉伸電子器件的關鍵材料。導電水凝膠具有一定的彈性和可拉伸性，但導電水凝膠中的高分子鏈通常處于無序排列的狀態，這種無序結構限制了導電水凝膠材料的力學性能和導電性能。通過調控導電水凝膠中高分子鏈的排列和取向，從而制備出具有有序結構的導電水凝膠纖維，是制備彈性可拉伸導電纖維的一種新策略，并具有重要的應用價值。
蜘蛛絲具有多層次的有序結構，從而表現出優異的力學性能。受蜘蛛絲的有序結構和紡絲方法的啟發，中國科學技術大學馬明明課題組通過凝膠紡絲的方法，實現了調控導電水凝膠中高分子鏈的排列和取向、制備出高性能導電水凝膠纖維的目標：在室溫下由聚丙烯酸鈉（PAAS）溶液直接紡絲得到水凝膠纖維，通過涂覆聚丙烯酸甲酯（PMA）防水層，形成具有核-殼結構的PMA-PAAS水凝膠纖維（MAPAH纖維）。
中國科大成功制備仿蜘蛛絲結構的高性能導電水凝膠纖維
在MAPAH纖維中，PAAS結晶區和非晶區共存并且可以快速可逆互變，使MAPAH纖維表現出優異的機械性能、導電性能以及抗凍性能。MAPAH纖維具有高拉伸強度（5.6 MPa）和大斷裂伸長率（1200％），并且可以在大幅度拉伸后快速回復。PAAS水凝膠作為導電芯（電導率為2 S m-1），PMA層作為防水和絕緣涂層，使MAPAH纖維可以作為具有高可拉伸性的彈性導線。MAPAH纖維在-35℃也能保持其可拉伸性和導電性，表現出優異的抗凍性能。作為一種高性能和低成本的彈性可拉伸導電水凝膠纖維，MAPAH纖維將可用于開發基于紡織材料的可拉伸電子器件。
展開 最有可能改變未來的8種高科技纖維及其趨勢
性能：聚酰亞胺纖維與高強高模聚乙烯、聚苯硫醚等高性能纖維相比，具有更廣的耐溫性(-267-550℃);與芳綸相比，耐熱等級更高，阻燃更好，耐候性更佳。同時還具有獨特的紡織加工和人體親和性等綜合特性。
最新發展：奧地利Evonik公司商品名P84，產能為1000噸/年。
國內長春高崎和江蘇奧神建成兩條千噸級生產線，形成濕法和干法兩種工藝路線。
浙江先諾新材料建成30噸/年生產線。
中科院長春應化所和東華大學正在研發高強高模型聚酰亞胺纖維，強度和模量可達到對位芳綸水平。
4、聚苯硫醚(PPS)纖維
各國研發現狀：歐美、日本等發達國家和地區燃煤電力、燃煤鍋爐行業對聚苯硫醚纖維的需求量一直保持25%左右的年增長率。
印度、巴西等國也開始大量采用袋式除塵技術，加大了全球對聚苯硫醚纖維的市場需求。
日本仍占據著全球聚酯硫醚纖維的主要份額，其中東麗產能為3000噸/年，東洋紡產能為4000噸/年。70%的產品出口到中國生產耐高溫過濾材料。
韓國政府相關政策支持，聚苯硫醚纖維出口日益增多。
國外新產品研發：荷蘭：超高強度和超韌性纖復絲;日本：細纖度和圓與異形斷面絲;德國：PPS與PET的皮芯型復合纖維。
技術進步：成功開發出具有良好耐高溫、耐腐蝕性能的納米復合聚苯硫醚短纖維，氧化誘導溫度較純PPS纖維大大提高，在230℃下，纖維強度保持率依然大于90%，較好的解決了純聚苯硫醚纖維在高溫、高腐蝕工況下極易氧化的難題。
5、聚對苯撐苯并雙唑(PBO)纖維
主要品種：有低模量(AS)和高模量(HM)兩種，超高模量(HM+)纖維尚處于實驗階段，日本是目前世界上唯一能進行PBO纖維工業化生產的國家。
展開 國防軍工等領域倚重點碳成金的碳纖維復合材料
高性能纖維復合材料屬于高分子復合材料，是由各種高性能纖維作為增強體置于基體材料復合而成。高性能纖維是近年來纖維高分子材料領域中發展迅速的一類特種纖維。高性能纖維復合材料是發展國防軍工、航空航天、新能源及高科技產業的重要基礎原材料，同時在建筑、通信、機械、環保、海洋開發、體育休閑等國民經濟領域具有廣泛的用途。
高性能纖維主要分為碳纖維、芳綸纖維、特殊玻璃纖維、超高分子聚乙烯纖維等，其中碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維是當今世界三大高性能纖維。
國內企業將取得突破
繼石器和鋼鐵等金屬之后，碳纖維被國際上稱之為“第三代材料”，因為用碳纖維制成的復合材料具有極高的強度，且超輕、耐高溫高壓，廣泛應用于航空、汽車及國防領域等。碳纖維是由90%以上的碳元素組成的纖維。碳纖維結構近乎石墨結構，比金剛石結構規整性稍差，具有很高的抗拉強度，它的強度約為鋼的4倍，密度為鋼的四分之一。碳纖維同時具有耐高溫、尺寸穩定、導電性好等其他優良性能。
按原料分碳纖維可分為粘膠基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維(PAN基碳纖維)和瀝青基碳纖維，目前世界各國發展的主要是PAN基碳纖維和瀝青基碳纖維。日本是全球最大的碳纖維生產國，2002年日本東麗(Toray)公司碳纖維生產能力達7300噸/年，東邦公司(TohoTenax)擁有5600噸/年的生產能力，三菱人造絲(Rayon)有4700噸的年產量，這3家公司碳纖維的總銷售份額約占全球小絲束市場的75%。
從2004年起，碳纖維市場突然緊缺，出現了供不應求局面，價格隨之急劇上漲。碳纖維需求擴大的背景包括兩個方面：一是越來越多的民用飛機制造商將碳纖維作為機體材料；二是碳纖維在風力發電、液化氣罐、自行車、體育用品等領域的用途正在逐漸擴大。
隨著航空航天、體育休閑和擠塑模具工業應用對碳纖維的需求大幅度增加，全球碳纖維市場正以平均每年兩位數的速度快速增長。
展開 
泰和新材：“技術”+“機制”的創新之道
當前，“十三五”已正式開局，泰和新材將持續以創新驅動為抓手，拓寬發展思路，開啟“三次創業”，按照“不局限于高性能纖維生產基地建設；不局限于高性能纖維產業集群建設；不局限于憑借一己之力謀求發展；不局限于立足現有區域謀求發展”的發展思路，確立“以市場營銷拉動、結構優化促動為支撐，做優存量；以創新項目驅動、資本運作推動為支撐，做大增量”的發展策略，增強企業持續發展能力，為打造具有自主知識產權和較強國際競爭力的百年企業奠定堅實的基礎。
透明環氧樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=hysz
展開 【科普】纖維新材料的軍事應用與發展
3、纖維材料在軍工國防中的應用
碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、生物基聚酰胺纖維等高性能纖維及其復合材料應用于戰略導彈發射設備、航空航天器、人造衛星、戰斗機、單兵防護等方面，不僅能提高各項器材的防御性能，還能提高單兵作戰效率。
為了提高戰斗效率，減少戰斗人員體能消耗，降低高昂的運輸成本要加強研究便于執行多樣化任務、輕質的地面戰斗車輛和戰斗防護服。如比重小、強度高的高強聚酰胺纖維，用于帳篷支架、背架等的碳纖維增強復合材料，可制造輕便防彈衣，防彈插板等的高強高模纖維。
復合纖維材料是減重纖維研究的重要方向。例如，金屬纖維層狀材料被認為是用于下一代飛機的先進材料，不僅重量輕，而且還具有較好的力學性能。目前DLR 在機身殼體部件自動化鋪放方面已取得了部分成果。減重材料應用在車輛中可減輕車身重量( 減重100-200kg)，即可減少燃料消耗，降低尾氣排放，實現現代化組裝過程，提高運行效果等。
同樣還可廣泛應用于后勤裝備，如帳篷支架、野炊箱組（蓋板、油罐、掛件等）、冷藏箱（箱體、隔板等）、醫療方倉（倉體、擔架）等。總之，減重材料可根據其性能的不同應用于現代化建設中的方方面面。
我國纖維材料經過發展，建立了較完整的工業化生產體系，這些帶動了產業用紡織品發展，實現了纖維的跨行業對接，提升了防護服裝的技術水平，在國防等關鍵領域得到了一定應用，為做強我國國防纖維材料奠定了基礎。
4、我國前沿性纖維材料發展思考
我國的高性能纖維材料中，民用多于國防應用，需借鑒國外“軍民融合” 的成功經驗，制定適宜我國國情的發展戰略，引領新材料的發展方向，使高性能纖維進入快速發展階段，以應用需求牽引纖維開發，創建產學研用結合的研發系統，注重應用開發和應用服務，上下產業鏈聯合，實現可持續發展，建立系統的標準化技術體系。
展開 佐治亞理工《Part B》：人工智能/機器學習在高性能復合材料中的應用
</p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify">而憑借其卓越的性能，例如更高的強度、更輕的重量以及更強的耐腐蝕性，高性能纖維增強聚合物（FRP）復合材料在航空航天、汽車、海洋、可再生能源和基礎設施建設等領域展現出了巨大的應用潛力。</p><p class="ql-align-justify">文章旨在對在高性能 FRP 復合材料中應用 AI/ML 方法的最新進展進行全面的回顧，并重點關注其產品生命周期的四個關鍵階段：設計、制造、測試和監控。</p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify">研究涵蓋了這些階段中材料開發和選擇、工藝建模和優化、材料性能預測以及損傷診斷和預測等任務，所有這些任務都借助先進的 AI/ML 算法來完成。此外，文章還將通過分析當前的挑戰和潛在的未來研究方向，展望將現代先進的 AI/ML 模型融入 FRP 復合材料研究的可能性。
展開 高科技纖維材料在醫療領域的應用
高科技纖維中的功能纖維、智能纖維和某些高性能纖維，已廣泛應用于醫學的各個領域，包括醫藥級的碳纖維及其復合材料、中空纖維分離膜、納米纖維及其非織造材料、碳納米管、各種功能性纖維，以及新近出現的一系列傳感探測用智能纖維。
牙體修復
近10年來，非金屬修復–預成纖維樁系統正越來越多地在歐美國家應用于臨床，并逐漸被認為可有效替代傳統的金屬樁核系統修復牙齒的殘根殘冠。研究表明，碳纖維樁具有與牙體組織更匹配的機械性能，其近似于牙本質的彈性模量可以使應力沿著樁體更均勻地分布，有利于保護牙根；同時具有良好的生物相容性及耐腐蝕性；易拆除、便于二次修復等眾多優點。
骨骼修復材料
上海杰事杰新材料股份有限公司開發了骨骼修復用連續碳纖維或其氈增強塑料，樹脂基體采用聚甲基丙烯酸甲酯，碳纖維的質量分數和理化試驗證明其符合國家標準，還具有很好的生物相容性，長期植入生物體內對生物體組織、血液和腦脊液等無不良反應，無排異反應，因此適用作骨折處固定用材料、骨折內固定或骨骼修補材料。
玻璃纖維透明https://www.hongyantu.com/goodlist/zq/16000.html
再生醫療和創傷治愈
納米纖維可用作繃帶或人造血管的基材，還可用于阻止手術后與傷口黏連的屏障，以及控制藥物傳遞體系的介質。應用于再生醫療的靜電紡絲納米纖維及纖維網可選用具有生物體適應性和生物學功能的骨膠原、藻朊酸鹽、蠶絲蛋白、透明阮酸、纖維阮原、殼聚糖、淀粉等天然高分子，可應用于血管、骨頭、神經、腱、韌帶等各種細胞的再生。
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