军事国防用纤维

PAN基碳纤维摘要:聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。

本文简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及其前景。

关键词：PAN基碳纤维碳纤维结构 PAN基碳纤维制备 PAN基碳纤维性能PAN基碳纤维应用前景航天军事体育用品1.碳纤维结构碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。

碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98%~99%，杂志少。

碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。

2.PAN基碳纤维的制备从原料丙烯晴到聚丙烯晴基碳纤维的制备过程中可以看出四个关键步骤：PAN的聚合，原丝的制备，原丝的预氧化以及预氧化丝的炭化和石墨化。

2.1 PAN的聚合由于PAN分子结构的特性，纯聚体PAN不适宜作为碳纤维前驱体。

工业生产中，往往采用共聚PAN来制备PAN原丝。

引入共聚单体可以起到如下作用：减少聚合物原液中凝胶的产生；增加聚合物的溶解性和可纺性；降低原丝环化温度及变宽放热峰。

但也可能带来一些负作用：降低原丝的结构规整性和结晶度；增加大分子链结构的不均匀性；引入更多的无机和有机杂质等。

2.2 原丝的制备PAN在熔点（317°C）以下就开始分解，因此形成纤维主要通过湿法或干湿法进行纺丝。

干湿法纺丝由于将挤出膨化与表皮凝固进行了隔离，纤维的成形机理有所改变，因此湿法纺丝凝固过程中皮层破裂或径向大孔及表皮褶皱等现象基本消失，干湿法纺丝的原丝表面及内部的缺陷减少、致密性提高。

干湿法纺丝还具有高倍的喷丝头拉伸（3~10mm的空气层是有效拉伸区），纺丝速度高（为湿法纺丝的5~10倍），容易得到高强度、高取向度的纤维等特点，从而保证了碳纤维有足够的强度，是当前碳纤维原丝生产的发展方向。

目前我国军用碳纤维唯一定点生产企业是中钢吉炭全资子公司吉林神舟碳纤维公司，是目前国内最大的炭纤维科研和生产基地，拥有雄厚的科技力量和较高的科研水平。

经过多年的拼搏和努力，公司的炭纤维产品突破了西方国家的重重封锁，具有了完全的自主知识产权，是列入国家“十五计划和”863“计划的重点项目和课题，公司生产的炭纤维制品，已经达到了同类产品的国际水平，目前已应用于返回式飞船的面板、小翼、升降副翼和机身舱门，航天飞机的热防护系统等。

嘉兴中宝碳纤维有限责任公司是国内三大碳纤维制品巨头之一，拥有产能300万平方米碳纤维预浸料生产线，其预浸布销售毛利率在40%以上。

大元股份是其控股股东。

代码名称流通股本600146 大元股份 20000.00000928 中钢吉炭 28289.69002297 博云新材600094 华源股份嘉兴中宝碳纤维*ST吉碳何为碳纤维碳纤维——新材料之王碳纤维是由一种含碳量在95%以上的新型纤维材料，它是用一些含碳的有机纤维，如腈纶丝、沥青及粘胶纤维等做原料，跟塑料树脂结合在一起，放在惰性气体中，经碳化而成的新型纤维材料。

由于碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点(具体比较见表1)，可以称之为新材料之王，因此可以广泛应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、GOLF球棒等体育休闲领域。

中钢吉炭（000928）：民用碳纤维业务是公司未来主要看点之一腹有诗书气自华1）公司全资子公司神舟碳纤维有限责任公司生产军用碳纤维，是国防科工委唯一一家制定采购企业，用于我国神舟飞船系列等军事国防产品。

但每年用量仅10 吨碳纤维（规格为1K-2K 的高端产品），目前售价已经提高到一公斤3300 元，毛利率在35%左右。

2）目前我国碳纤维主要依靠进口（从日本），价格仍然较高，大范围应用推广还需时日，但国内政策支持进口替代，鼓励企业发展民用碳纤维生产。

目前国内较少企业掌握核心技术，且产品质量不稳定，生产成本较高。

高强高模聚乙烯纤维及其在航空航天领域的应用初探驻胶带股份军事代表室廖振魁张勃驻三七二厂军事代表室龙立军摘要：高强高模聚乙烯纤维是新兴的高分子纤维，与碳纤维、芳伦并列为三大高性能纤维，其性能优异，已在广泛应用于民用领域，而在军用特别是航空航天上应用较少。

对此，本文该纤维进行介绍，并简要分析如何在航空航天领域应用。

关键词：聚乙烯纤维航空航天应用初探高强高模聚乙烯纤维(也称为超高分子量聚乙烯纤维，英文Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber，简称UHMWPE)，是上世纪80年代初研制成功的高性能有机纤维，它是当今世界三大高科技纤维（碳纤维、芳伦、高强高模聚乙烯纤维）之一，是一种具有高度取向直链结构的纤维。

UHMWPE纤维具有很高的轴向比拉伸强度和刚度，比强度在所有纤维材料中是最高的一种，比模量仅次于高模量碳纤维；能量吸收性能在所有纤维中是最高的，耐低温、耐紫外光性能极佳。

优异的性能，使其被广泛应用于机械、运输、造船、农业、化工、建筑、矿业及体育运动器械等民用领域，相比之下我国在军事领域特别是航空、航天反而应用较少，这与UHMWPE纤维具备的性能不相称。

具有高强、高模、质轻等优良的物理性能的UHMWPE纤维尤其适合在航空、航天等尖端技术领域应用，可应用于运载火箭和导弹、各类航天器、空间站、人造卫星、宇航服、喷气客机、战斗机和直升机等航空航天领域，本文对UHMWPE纤维进行介绍，并简要分析如何在航空航天领域应用。

一）高强高模聚乙烯纤维的发展史及前景1、高强高模聚乙烯纤维的发展史UHMWPE纤维的原材料是高分子量线性聚乙烯，制造高强高模聚乙烯纤维的基础研究始于上世纪70年代Leeds大学的Capaccio 和Ward，他们研制了分子量为十万左右的聚乙烯。

而后Pennings、Smith、Lemstra等相继研制凝胶纺丝——超倍热拉伸技术，荷兰DSM公司对此进行更深入的研究，使用了几百万分子量的聚乙烯材料，纤维性能大大提高，1979年申请了专利，1984年DSM公司推出纤维商品名为Dyneema SK-60产品。

尼龙和锦纶的区别尼龙和锦纶的区别是叫法不同，二者是同一物质，只是不同国家的称呼不同而已。

尼龙和锦纶是同一种物质，都是指聚酰胺纤维，是由酰胺键连接起来的一类合成纤维，在我国称之为锦纶，而美国称之为尼龙，在俄罗斯称之为卡普隆，德国称之为贝伦，日本称之为阿米纶等，有着耐磨、弹性好、防风特性。

尼龙[nílóng]，一种合成纤维。

尼龙是美国杰出的科学家卡罗瑟斯（Carothers）及其领导下的一个科研小组研制出来的，是世界上出现的第一种合成纤维，尼龙是聚酰胺纤维（锦纶）的一种说法。

尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新，它的合成是合成纤维工业的重大突破，同时也是高分子化学的一个非常重要里程碑。

结构：聚酰胺俗称尼龙（Nylon），英文名称Polyamide（简称PA），是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称，包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。

其中脂肪族PA品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。

分子结构：常用的锦纶纤维可分为两大类。

一类是由二胺和二酸缩聚而得的聚二酸二胺，其长链分子的化学结构式为：H-[HN(CH2)xNHCO(CH2)yCO]-OH这类锦纶的相对分子量一般为17000-23000。

根据所用二元胺和二元酸的碳原子数不同，可以得到不同的锦纶产品，并可通过加在锦纶后的数字区别，其中前一数字是二元胺的碳原子数，后一数字是二元酸的碳原子数。

例如锦纶66，说明它是由己二胺和己二酸缩聚制得；锦纶610，说明它是由己二胺和癸二酸制得。

另一类是由内酰胺缩聚或开环聚合得到的，其长链分子的化学结构式为：H-[NH(CH2)xCO]-OH根据其单元结构所含碳原子数目，可得到不同品种的命名。

例如锦纶6，说明它是由含6个碳原子的己内酰胺开环聚合而得。

锦纶6、锦纶66及其他脂肪族锦纶都由带有酰胺键（-NHCO-）的线型大分子组成。

锦纶分子中有-CO-、-NH-基团，可以在分子间或分子内形成氢键结合，也可以与其他分子相结合，所以锦纶吸湿能力较好，并且能够形成较好的结晶结构。

芳纶概论一，简述凯芙拉，英文原名KEVLAR，也译作克维拉。

是美国杜邦（DuPont）公司研制的一种芳纶纤维材料产品的品牌名，材料原名叫“聚对苯二甲酰对苯二胺”,化学式的重复单位为-[-CO-C6H4-CONH-C6H4-NH-]-接在苯环上的胺基团为对位结构（间位结构为另一项商标名为Nomex的产品，俗称防火纤维）在上世纪60年代，美国杜邦公司研制出一种新型芳纶纤维复合材料----芳纶1414，此芳纶复合材料在1972年正式实现商品化并为该产品注册商标为Kevlar。

型号分为K29，K49，K49AP等。

由于这种新型材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，其强度为同等质量钢铁的5倍,但密度仅为钢铁的五分之一(Kevlar密度为每立方厘米1.44克,钢铁密度为每立方厘米7.859克),而受到人们的重视。

由于凯夫拉品牌产品材料坚韧耐磨、刚柔相济，具有刀枪不入的特殊本领。

在军事上被称之为"装甲卫士 "。

二，应用反坦克武器的出现，又促使人们改进坦克、装甲车的装甲性能。

通常要提高坦克、装甲车的防护性能，就要增加金属装甲的厚度，这样势必影响它的灵活机动性能。

"凯夫拉"材料的出现使这个问题迎刃而解，坦克、装甲车的防护性能提高到了一个崭新的阶段。

与玻璃钢相比，在相同的防护情况下，用"凯夫拉" 材料时重量可以减少一半，并且"凯夫拉"层压薄板的韧性是钢的3倍，经得起反复撞击。

"凯夫拉"薄板与钢装甲结合使用更是威力无比。

如果采用"钢枣芳纶枣钢"型复合装甲，能防穿甲厚度为700毫米的反坦克导弹，还可防中子弹。

目前，“凯夫拉”层压薄板与钢、铝板的复合装甲，不仅已广泛应用于坦克、装甲车，而且用于核动力航空母舰及导弹驱逐舰，使上述兵器的防护性能及机动性能均大为改观。

"凯夫拉"与碳化硼等陶瓷的复合材料是制造直升飞机驾驶舱和驾驶座的理想材料。

纤维增强复合材料在工程结构中的应用一、FRP材料简介：纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer／plastic，简称FRP) 是由纤维材料与基体材料按一定定工艺复合形成的高性能新型材。

初期主要应用于航空、航天、国防等高科技领域，广泛应用于航天飞机、军舰、潜艇等军事装备上。

20世纪下半叶，随着FRP材料制造成本的降低，又因其轻质、高强、耐腐蚀等优点，成为土木工程的一种新型结构材料。

目前，在土木工程中应用的FRP材料主要有碳纤维增强复合材料(cFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)和芳纶纤维增强复合材料(AFRP)三种。

近年来，PBO纤维和玄武岩纤维也开始应用于土建工程中，并取得了良好的效果。

目前，FRP材料在我国土木工程中应用最多的是用于结构加固补强。

FRP加固修复技术的研究和应用已在我国逐渐展开，且正在以高速度发展。

在新建工程结构中，FRP结构和FRP组合结构的应用也日益受到工程界的重视。

FRP材料在土木工程中的应用和研究已成为了一个新的热点。

二、FRP材料的优点：1、有很高的比强度，即通常所说的轻质高强，因此采用FRP材料可减轻结构自重。

在桥梁工程中，使用FRP结构或FRP组合结构作为上部结构可使桥梁的极限跨度大大增加。

理论上，用传统结构材料桥梁的极限跨度在5000 m以内，而上部结构使用FRP结构可达8000 m以上，有学者已经对主跨长达5000 m的FRP悬索桥进行了方案设计和结构分析E8]。

在建筑工程中，采用FRP材料的大跨空间结构体系的理论极限跨度要比传统材料结构大2～3倍，因此，FRP结构和FRP组合结构是获得超大跨度的重要途径。

在抗震结构中，FRP 材料的应用可以减轻结构自重，减小地震作用。

另外，FRP材料的应用也能使结构的耐疲劳性能显著提高。

2、有良好耐腐蚀性，FRP可以在酸、碱、氯盐和潮湿的环境中长期使用，这是传统结构材料难以比拟的。

在美国每年因钢材腐蚀造成的工程结构损失高达700亿美元，近1／6的桥梁因钢筋锈蚀而严重损坏；加拿大用于修复因老化损坏的工程结构的费用达490亿加元；我国目前因钢材锈蚀而造成的损失也在逐年增加。

芳纶芳纶简介芳纶全称为'聚苯⼆甲酰苯⼆胺',英⽂为Aramid fiber（帝⼈芳纶的商品名为 Twaron 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，不融化。

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。

⽣产背景⾃从⽯棉被公认为是⼀种强致癌物质以来，世界许多发达国家已开始禁⽤⽯棉及其制品。

美国、⽇本等国先后研制成功各种系列的⾮⽯棉垫⽚材料，产品现已推向全世界市场。

随着与国际⼤环境的不断接轨。

⾮⽯棉密封材料正为国内各⼯业部门认可和接收。

出于环保和安全⽣产的考虑，⾮⽯棉垫⽚的⼯业应⽤将会越来越⼴。

通常将以⾮⽯棉纤维为增强材料、以橡胶为弹性基体的密封垫⽚称为⾮⽯棉纤维橡胶垫⽚，或称为⽆⽯棉垫⽚、代⽯棉垫⽚。

其主要增强材料为代⽯棉纤维、⽆机纤维、碳/⽯墨纤维等。

发展现状芳纶纤维诞⽣于20 世纪60 年代末，最初作为宇宙开发材料和重要的战略物资⽽鲜为⼈知。

冷战结束后，芳纶作为⾼技术含量的纤维材料⼤量⽤于民⽤领域，才逐渐露为⼈所知。

芳纶的全称是“芳⾹族聚酰胺纤维”，是⼀类新型的特种⽤途合成纤维。

芳纶中最具实⽤价值的品种有两个：⼀是分⼦链排列呈锯齿状的间位芳纶纤维，我国称之为芳纶1313；⼀是分⼦链排列呈直线状的对位芳纶纤维，我国称之为芳纶1414。

从全球来看，全球间位芳纶（1313）产能3.2 万吨，供需基本平衡。

在国内供求关系⽅⾯，我国间位芳纶需求约10000 吨，⽽国内总产能为8600 吨，产能明显不⾜。

作为国内间位芳纶市场的主导者，泰和新材占据了60%以上的市场份额，⽑利率基本稳定在35%以上。

全球对位芳纶产能约6.5 万吨，2011 年全球对位芳纶需求量在53000 吨左右。

芳纶纤维全称为"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，不融化。

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。

芳纶纤维是重要的国防军工材料，为了适应现代战争的需要，目前，美、英等发达国家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、体育用品等国民经济的各个方面。

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，据国外资料显示，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年代由美国杜邦（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。

现在国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最快，产能主要集中在日本和美国、欧洲。

如美国杜邦的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。

军事防护服装中的新型纤维应用分析作者：徐奇金阵山于俊来源：《卷宗》2017年第22期摘要：军事防护作为确保国防安全和人民群众安全保障的必要支持系统，其防护服装的设计，需要在满足抵御气候变化的同时，实现对防护人员的个人日常生活防护和抵御外力袭击防护。

基于新型纤维应用分析的纺织科技的发展，是顺应时代对军事防护服装材料要求的需求体现、。

本文就新型纤维应用于军事防护服装领域的性能和作用进行分析，以为军事防护服装应用该新型材料，充分实现防护服装的职能。

关键词：军事；防护服装；新型纤维；应用分析随着我国军事事业的发展和军事改革的深入，全球范围内对军事防护措施的增加，军事装备配套设施的改革力度也在进一步加大。

军事防护服装作为基础配置的研究，对应对瞬息万变的国际国内形势，为维护世界和平与安全，具有重要的贡献价值。

新型纤维技术的应用，是继世界经济危机影响下，高性能纤维生产厂家依靠技术创新提高生产效率、降低成本和开发新品种的体现。

军事防护作为确保国防安全和人民群众安全保障的必要支持系统，其防护服装的设计，需要在满足抵御气候变化的同时，实现对防护人员的个人日常生活防护和抵御外力袭击防护。

1 军事服装在军事领域中的应用纺织军工作为产业用纺织品的一部分，应用新型纤维材料，实现对军事服装制作从模仿到创新的路径选择。

在以此为根据的军工配科研生产制造体系，对军事服装诸多领域内生产出具有高要求的作战能力分析，对实现纺织品行业的责任研究具有重要的责任体现。

防护装备的研制和开发是国防部门对成员管理人性化的体现，也是提高他们防护意识和理念的体现，越来越多的军事服装，对抵御恶劣天气、调节体温、增强安全防护等级和对抗战争危险和意外伤害的体现，也是确保士兵伤害最小化的体现。

战场防护服装和通用服装，对军事领域内确保士兵安全提供了基础条件和必要的岗位功能作用。

特种纺织品作为军事服装设计需求的功能性作用，正在被广泛施用。

军事防护服装是伊拉克战带来的警示，也是以材料和服装设计来促进服装整体性能提高的体现，部队的作战能力和展士兵的生存能力，都需要依靠纺织技艺的提高来获得综合全面的发展。

高强高模聚乙烯纤维性能和用途（一）性能介绍UHMWPE纤维特殊的结构特征决定了它具有许多良好的优异的性能。

一般而言,高强高模聚乙烯纤维本身具有三种形状:即单丝、复丝和带子,形状规格不同其物理性能差异较大。

UHMWPE纤维具有很高的轴向比拉伸强度和模量，而且能量吸收性能比芳纶优越，并且也弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等断裂应变小的弱点。

同时它还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、介电常数低、电磁波透射率高、摩擦系数低及突出的抗冲击、抗切割等优异性能。

它是目前强度最高的纤维之一，比强度能达到优质钢的15 倍，模量也很高，仅次于特种碳纤维。

断裂伸长率较其它特种纤维高，断裂功很大。

UHMWPE 纤维性能指标：回潮无沸水收缩率＜1％，熔点135～145℃，导热率（沿纤维轴向）20w/m k ，热膨胀系数－12×106/k21，介电常数（22℃，10GHhz）2.25，介电强度900kv/cm 。

（1）优良的力学性能高强高模聚乙烯纤维的密度为0.97g/cm3，只有芳香族聚酰胺纤维（芳纶）的2/3、高模碳纤维的1/2，而轴向拉伸性能很高。

Spectra1000纤维的比拉伸强度时现是高性能纤维中最高的，比拉伸模量比高模量碳纤维低，但比芳香族聚酰胺纤维高得多。

如果再考虑比重的话，它是一种非常独特的纤维，在保持良好性能同时，还能省重量。

高强高模PE纤维的理论值可达320km,约为芳纶的二倍。

由于复合材料的拉伸强度是由纤维控制的，因此高强高模聚乙烯纤维单向增强复合材料的纵向拉伸性能也很好。

几种高性能纤维的性能比较表见表1—5。

图1—12是各种纤维的应力—应变曲线，从图上可以看到，强度在2.734~3.5N/tex 范围内，高强高模聚乙烯纤维的断裂伸长率为3%~5%，相对于碳纤维、玻璃纤维和芳香族聚酰胺纤维来说，拉断该纤维所花费的能量是最大的。

图1—13对几种纤维的比强度、比模量进行了比较。

从图中可以看出，高强高模聚乙烯纤维的比强度、比模量明显高于其他纤维，在相同质量的材料中，强度最高。

芳纶纸用途
芳纶纸用途如下：
1、军事上的应用
对位芳纶纤维是重要的国防军工材料，为了适应现代战争的需要，美、英等发达国家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。

2、芳纶纸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、体育用品等国民经济的各个方面。

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，据国外资料显示，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。

3、芳纶纸用于防弹衣、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％。