世界高性能纤维及复合材料的最新发展与创新

罗益锋+罗晰旻

摘要：当前世界高性能纤维与复合材料领域已形成美、日、欧盟、中和俄的五极格局，而新型发展国家也开始重视主要高性能纤维及其复合材料的发展。本文以聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）及复合材料（CFRP）、中间相沥青基碳纤维（MP-CF）、芳酰胺纤维（ARF）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）等为例，全面介绍了全球高性能纤维材料领域的最新发展动态及应用实例，同时指出我国应不断创新生产工艺技术，深入开展应用研究与市场开发研究，实现高性能纤维的高效化、高性能化、低成本化生产。

关键词：高性能纤维；复合材料；聚丙烯腈基碳纤维；中间相沥青基碳纤维；碳纤维复合材料；芳酰胺纤维；超高分子量聚乙烯

中图分类号：TB332 文献标志码：A

The Latest Development of High-performance Fibers and Composites in the World

Abstract： Currently， the world high-performance fibers and composites circle has formed a five-polar pattern led by the United States， Japan， EU， China and Russia and meanwhile emerging economies start to play emphasis on developing high-performance fibers and composites. This paper， by taking polyacrylonitrile carbon fiber （PAN-CF） and carbon fiber-reinforced plastic （CFRP）， mesophase pitch-based carbon fiber （MPCF）， aramid fiber （ARF） and ultra-high-molecular-weight polyethylene （UHMWPE） for examples， makes an overview on the latest development of global high-performance fiber industry based on case study. It points out that China should constantly improve production process and technology and make profound study on related applications and markets， so as to realize high-efficiency， high-performance and low-cost production of high-performance fibers.

Key words： high-performance fiber； composites； PAN-CF； MP-CF； ARF； UHMWPE

当前世界高性能纤维与复合材料领域已形成美、日、欧盟、中和俄的五极格局。其中，美国保持在主要高性能纤维与复合材料高端领域的强势，支撑其在航空航天和军工领域的独特优势；日本的高性能纤维产业化品种最全、质量上乘，近年来先进复合材料发展迅猛，形成后起之秀；欧盟有几种高性能纤维如聚酰胺酰亚胺（Kermel）、酮酐类聚酰亚胺（P84）纤维等都是独有的，大丝束碳纤维和超高相对分子质量聚乙烯纤维（Dyneema）处于领先水平，产业用先进复合材料保持优势，特别是在飞机、风电、汽车和军工领域。

我国近年来在中央和各级政府的大力推动下，高性能纤维与复合材料产业发展很快，研发和产业化品种较全，少数品种如超高分子量聚乙烯、玄武岩及聚酰亚胺纤维已具有国际竞争力，复合材料设备先进，推动了诸多产业、航空航天和军工的快速发展；俄罗斯的高性能纤维和复合材料基础研究扎实，拥有几种独有的世界领先的高强高模纤维，如SVM、ARMOS、RUSAR、Artec等芳杂环类有机纤维和数种耐高温纤维，但产业化水平较低。

除此之外，近年来新型发展国家开始重视主要高性能纤维及其复合材料的发展，如印度、沙特、伊朗开始发展碳纤维，巴西的区间飞机产业相当发达。

1 聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）及复合材料（CFRP）

1.1 发展近况

1.1.1 美国

美国Hexcel（赫氏）公司在先进复合材料（ACM）产业的领先地位，表现为：拥有从PAN原丝、碳纤维、织物、预浸料、树脂体系、粘合剂、复合材料直到航空航天、国防和工业领域如风电叶片等复合材料制品的全套产业链；可垂直整合相关产业的供应商，以更好地控制成本、质量和产品供货，可为全球客户提供所需的设计方案；生产供上述应用领域所需的碳纤维、对位芳酰胺纤维、玻纤及其混杂织物和非织造布等。

Hexcel拥有10种牌号的PAN-CF，其中IM10的拉伸强度和模量各为7.0 GPa和308 GPa，属世界领先之一。Hexcel的Primetex ZB碳纤维加工织物，可使丝束均匀平铺，因此可织成薄而轻的拥有均质外观的各种织物，确保有更好的力学性能和减少孔隙。共有53种碳纤维织物结构、12种航天级CF织物结构、18种商用CF织物结构、17种热处理的平织CF布、4 种防雷击CF织物、6 种CF和Kevlar等的混杂织物及 2 种特种织物。

美国Cytec公司除拥有从PAN原丝、CF、织物、预浸料及复合材料制品的完整产业链外，还拥有400 t/a的中间相沥青基碳纤维（MP-CF）及下游制品，其中Thornel K1100的MP-CF模量高达965 GPa以上，居世界领先。

美国复合材料织物（CFA）公司是专业生产碳纤维等织物的老企业，产品已应用于航空航天、建筑结构、风电叶片、船舶、汽车、体育用品和国防领域。

美国Innegra技术公司生产高性能聚烯烃纤维（强度 8 cN/dtex或667 MPa）“Innegra S”及其混杂纤维“Innegra H”，混杂对象有标准模量碳纤维、玻纤和玄武岩纤维。Innegra S与CF的质量混合比为26/74、41/59、34/66或28/72。

美国Concordia Fibers公司自1920年起便专业设计和开发各种工业纱和纤维，如碳纤维、可生物吸收纤维、陶瓷纤维等，用于生产多种工业织物，供作复合材料、滤材、动力传送带、气囊等。该公司还生产先进复合材料用的精确加捻碳纤维（图 1）、CF/PEEK混杂纤维（图 2）、CF和PPS纤维的混杂编织绳（图 3）、CF/尼龙纤维混杂纱编织的网球拍柄（图 4）及FF/PPS混杂纤维编织物制的异形管（图 5）等。

美国Cytec Engineering拥有从丙烯腈、原丝、碳纤维、织物、预浸料到复合材料制品的全套产业链，并拥有全球强度和模量最高沥青基碳纤维K1100。Cytec生产风电、海浪发电及潮汐发电用的碳纤维、织物、预浸料、薄膜粘合剂、可重复使用的软模具、真空袋组件等，包括上述叶片的CFRP结构梁和蒙皮。在船舶应用方面，Cytec可提供CF与酚醛、氰酸酯、双马来酰亚胺和乙烯酯的预浸料，阻燃复合材料等产品。在汽车用途方面，Cytec可提供轻量、高性能、价格合理的多种材料解决方案，耐高温、抗冲击的CFRP结构材料、车体板材和各种具体部件；在轨道交通方面，Cytec可提供制备CF预浸料所需的模具硬件用模具材料等；在国防和防弹领域，Cytec可提供防弹、防爆和结构用途的各种CF预浸料、树脂膜、结构粘合剂、真空带系列组件及天线罩和头盔。

美国Sigma MX公司专业生产多轴CF纺织品，在英国Cheshire和上海有分公司，织机由德国LIBA（利巴）引进，可生产多达 9 层织物，每层宽度达2.54 m，由克重为100 g/ m2的层材以不同方向组成（图 6）。同时生产再生CF织物，用于增强热塑性聚酯，应用于汽车、体育休闲用品和能源领域。

美国创造新复合材料工程公司（ICE）专业生产先进复合材料用编织预成型体、手工铺放/针刺预成型体、RTM和VARTM模塑组件，可制得最佳性能和最低成本的产品。其产品包括CFRP飞机结构和二次结构、翼间支柱和支架、航天和卫星结构件、各种船只设计制造、自行车部件、滑翔机结构件、汽车传动轴、悬置控制臂、结构撑壁、防碰撞结构件及座椅结构件（图 7）。

美国ATK公司专业从事航空航天和军工部件的生产，有50年的复合材料创新经验，其产品包括F-22猛禽战斗机和F-35闪电Ⅱ战斗机部件，直径 4 ～ 5 m的航天器如Delta IV、Atlas V和Ariane V等400多个各种复合材料部件的生产。此外，该公司还生产商用飞机的FRP纵梁、框架和发动机叶片壳体等（ 图 8）。

美国B/E航天复合材料公司是专业设计和制造高精度复合材料部件的厂家，其产品包括热固型预浸料的压制和气囊模塑，先进热塑性复合材料的压印、缠绕部件和结构件的加工、组装和分析表征等。

美国军队航空和导弹研发与工程中心AMRDEC是负责将政府技术、资产、试验设备等向非政府机构转移并实现商品化的机构，其业务包括专利技术的转让，与其国内合作者开展合作研究、协助小型企业开展创新研究和承担测试与工程服务等。

美国PlastiComp公司是专业从事设计、分析、CFRTP母粒制造和模塑物生产的企业，除长碳纤维（LCF）和玻纤（LGF）增强N-66、N-6、PP、PU、PEEK和TPU半透明系列树脂外，还有对位芳酰胺纤维和不锈钢丝及其混杂纤维增强热塑性树脂产品。

图 9 为LCF和LGF增强PP、N-6、N-66、TPU的比强度对比，并与镁、铝、不锈钢和钛作比较。图10对比了LCF、LGF与短碳纤维（SCF）和玻纤（SGF）增强N-66的拉伸强度与密度。用途包括弓箭、棒球棒、橄榄球运动员面部护具等（图11）。

Maine大学先进结构与复合材料中心在研发海上浮动式风电机组方面居世界领先水平，2013年夏首次开发的“VOLTUNUS 1∶8”，其CFRP叶片直径129.54 m，高19.81 m，发电量 6 MW。随后开发的“DEEPCLIDAR”则是另一种形式的深海浮动风电系统。该中心还开发了世界上最长的GF和CF混杂复材所制的桥梁，具有轻量、耐腐蚀、高强和耐久的特点，长165 m、宽近10 m（图12），已于2011年开通。

美国Quantum复合材料公司是GFRP和CFRP的大型生产厂家，并生产短切GF和CF增强环氧树脂“Lytex”、高强高刚性结构材料用的CF预浸料“AMC、CF或GF增强耐高温双马来酰亚胺（BMI）”等。其代表品种“AMC-8593”（CF53%）的比强度和比模量如图13所示，并与其他材料对比。

美国Cobham Life Support公司是专业生产CFRP压力容器的厂家，适用于空气、氧、氮、氦、氢、二氧化碳和天然气，内压为124 ～ 345 barg，容积0.8 ～ 46.0 L，直径0.086 ～ 0.269 m，长度0.206 ～ 1.295 m，内温-40 ～ 71℃，湿度 0 ～100%。用途包括商用飞机用氧和应急充气系统、消防员SCBA系统、航天飞机应急系统、火箭燃料罐、飞轮和呼吸器等。

1.1.2 日本

据调查，日本PAN-CF的总产能约为7.5万t/a，其中东丽的产能为4.6万t/a，是世界级生产厂家，品种有近20种，从原丝至CFRP部件形成了完整的产业链，而且大小丝束的产能均居全球之首。近年来在高端碳纤维的性能指标上开始落后于Hexcel和三菱丽阳（均达 7 GPa），T1100G的强度仅6.6 GPa。到2020年计划将所收购的美国ZOLTEK的大丝束碳纤维产能翻番至2.4×10⁴ t/a。

ZOLTEK公司的“PANEX 35”大丝束PAN-CF是由大丝束PAN纤维经预氧化、碳化制得的，生产效率高，初期其价格随产能的扩大而迅速下降（图14），进入21世纪后趋于平稳，不像航天航空小丝束碳纤维一般大起大落（图15）。

PANEX 35的单丝直径为7.2 μm，拉伸强度和模量各为4 137 MPa和242 GPa，密度1.81 g/cm3，卷装为5.5和11 kg，纤维长度各为1 500 m和3 000 m，产品有50K丝束、短切纤维、研磨纤维、织物和拉挤成型棒材等。用途有风电叶片、汽车、油气田材料、建筑结构物补强材料、船舶、飞机内饰板、CNG等压力容器、储能装置、体育用品和热塑性模塑物。

东邦TENAX公司的Tenax碳纤维共有20个品种，其中镀镍的PAN-CF“HTS40 A23 12K 1 420 tex MC”强度和模量各为2 900 MPa和225 GPa，断裂伸长率1.3%，线密度1 430 g/km，密度2.70 g/cm3，直径 7 μm，导电率1.0×10-4Ω？cm。图16显示出主要产品的性能分布，并与GF、芳酰胺纤维、钢和铝对比。

三菱丽阳公司的PAN-CF品种也有近20种，最高性能小丝束CF“MR-70”强度为 7 GPa，而大丝束CF为4.9 GPa，居全球领先。该公司最近收购了德国Wethje公司51%的股权，以强化CFRP汽车部件的研发、制造和销售，强化面向欧洲汽车的CFRP产业链。

1.1.3 欧洲

英国COBHAM天线系统公司主要生产CFRP陆地、舰船和飞机用天线，以及军用和民航飞机、导弹、直升机及汽车部件。

德国碳纤维产业联盟MAI是政府主导，由SGL、西门子、宝马、奥迪、空客等公司与大学组成的组织，一期投资800万欧元，计划到2017年使PAN-CF的成本降低90%，而目前已降低50%。

德国SGL集团生产PAN预氧化纤维“PANOX”和大丝束PAN-CF“SIGRAFIL C”，以及各种纱线、织物、非织造布、毡片、预浸料、C/C复合材料、电极等产品。PANOX的热稳定性和极限氧指数（LOI）与其他纤维相比如图17、图18所示。主要用途有焊接服、C/C飞机刹车盘、卡车发动机绝热材料、消防战斗服、客厅和飞机座椅套、B-767C/C刹车盘、汽车隔热罩、PANOX和芳酰胺纤维混纺织物制的波纹管。SIGRAFIL C有 4 种产品，其中“C30 T050 TPI”是经特殊上浆处理的50K PAN-CF，专用于CFRTP，图19为用普通上浆剂和特制上浆剂所得CF的机械性能对比。SIGRAFIL C的主要市场为风电叶片、土木工程、船舶、汽车、汽车、压力容器、产业用途和高档体育用品。

法国CHOMARAT纺织工业公司主要生产3K、6K和12K PAN-CF织物及各种双轴织物，共有31个品种，还有覆盖环氧树脂粉的产品。这些织物主要用作CFRP的增强织物。

1.1.4 中国和韩国

我国目前已建成和正建设的PAN-CF厂家多达30余家，其中 6 家因种种原因处于暂停建或停产状态。截至2014年底基本建成的千吨级生产厂家约有 5 家，达到3 000 t/a的有中复神鹰和恒神新材料两家公司。目前我国已各有几十家PAN-CF织物、预浸料和CFRP制品生产厂家，设备大都由国外引进，较为先进。

我国CFRP的应用研究和新市场开发较薄弱，加之国产PAN-CF的产品质量不及国外进口产品，因此每年进口量约有8 000 t上下，但随着国产CF质量的不断提升和品种的扩大，使用量已达2 500 t/a左右。但一些关键CFRP部件仍需靠进口CF，如C919国产大型民航机所用T700和T800 PANCF均采用进口产品，但军机如歼-15等则采用国产CFRP。另外，我国最近也开发了CF蜂窝结构材料，用于特殊领域。

韩国晓星集团的PAN-CF“TANSOME”于2008年开始研发，2010年成功开发了H2550 PAN原丝和CF，2011年获准合作投资商业化生产线，并建成了500 t/a的半商品化生产线，2011年开始销售，2012年成功开发H3055原丝和CP，2013年建成2 000 t/a的韩国第一家高性能PAN-CF及4 000 t/a的PAN原丝生产厂，2015年计划建成1.3万t/a的PAN原丝和 6 500 t/a的PAN-CF生产线，2017年扩建到2.1万t/a原丝和1.05 t/a CF的产能，2020年再扩建至2.9万t/a原丝和1.45万t/a CF总产能。

TANSOME的PAN-CF有 4 种牌号（6K、12K和24 K），性能相当于东丽T400、T700和T800的水平（表 1）。

泰光产业的PAN-CF产能为1 500 t/a，产品主要以T700型为主。此外东丽在韩国拥有2 200 t/a的PAN-CF生产厂，计划扩大至万吨级水平。

1.1.5 俄罗斯

近年来俄罗斯的PAN-CF发展很快，目前已形成两大生产基地Argon和Alabuga纤维公司，产能各为1 500 t/a。在先进CFRP方面，已应用于航天、航空及军工领域，包括宇宙空间站和苏-35战斗机等。

1.2 碳纤维及其复合材料的创新产品

Technical Fiber Products（TFP）公司是专业生产产业用非织造布的生产厂家，品种包括CF、GF、芳酰胺、聚酯、热塑性树脂纤维、金属涂覆碳纤维、石英、碳化硅和纯金属等湿法非织造布，克重范围由 2 ～ 3 500 g/m2，其中包括轻质均匀的薄型CF非织造布（图20），并制备飞机燃油系统。该公司原有 2 条生产线，由于供不应求计划于2015年夏建新线，并将幅宽扩大至 2 m。

波音和Russell Brands公司共同开发了新的CarbonTek橄榄球运动员垫肩系统；英国HOPE Technology公司利用Blackman & White公司生产的自动切割机，可快速切成不同形状的预浸料，从而助其开发自行车座椅的CFRP支撑杆（图21）。

PlastiComp公司开发了碳长纤维增强热塑性树脂的挤出成型电子消费品外壳，如手机外壳等，取代镁合金，可减重40%。

TEUFELBERGER公司开发了CFRP-金属复合的空间框架结构，可用于机械工程，加工机械、吊车、风电、船舶、海上组件、长 2 m的传动轴及新IV型压力容器等。

Staubli Robotics公司研制出了RX170 hsm高速机器人（图22），用于加工汽车和航天工业用大型CFRP部件，甚至可加工长达数米的部件，重复率为±0.04 mm。

SCIGRIP公司开发了FRP太阳能船（图23），FRP结构件仅137 kg重，采用该公司的MMA粘合剂将FRP组件粘合组装。

DD-Compound公司开发了一种可用于控制树脂在真空灌注过程流速的MTI阀，将它置于软管中可用于加工各种尺寸和复杂度的CFRP和GFRP部件，从小装饰件到风电叶片，加工时间可缩短。

日本ORGANISATIONS ClassNK和Nakashima Proller公司首次将直径为2.12 m的CFRP螺旋桨用于船舶的推进器，可达到轻量和节能的目的。

Dexmet等公司生产防雷击的两种CF织物，一种是用193 g、6K CF与70 g金属丝交织，另一种是在CF织物顶部置入92%的金属丝，形成双织物。由它制成的复合材料部件包括飞机、直升机和风电叶片等，可免遭雷击。

美国商场上已出售鞋底含碳纤维织物的运动鞋，具有穿着舒适性，且鞋底不会断裂（图24）。

我国宁波大成新材料有限公司和奇瑞汽车合作，成功试制了CF和超高相对分子质量聚乙烯纤维（UHMWPEF）混杂织物增强树脂制的汽车引擎盖和电池箱，既轻量又抗冲击。

2 中间相沥青基碳纤维（MP-CF）

MP-CF的代表性生产厂家有 3 个 —— 三菱树脂、Cytec和日本石墨纤维（NGF）公司，产能分别为1 500、400和180 t/a，后者计划扩大至400 t/a。

MP-CF的特点是超高模量和超高导热性，以NGF的“GRANOC”纤维为例，有 3 个基本品种：（1）900 W/（m？K）：XN-100/短切和研磨纤维；（2）600 W/（m？K）：HC-600/研磨纤维；（3）500 W/（m？K）：CN-90/连续纤维。图25为不同牌号MP-CF的拉伸模量与导热系数的关系，并与PAN-CF及通用级P-CF对比。

产业用途有长罗拉、机器人手臂、传动轴、建筑与工程材料、钓鱼竿、自行车、公共汽车承重结构等，优点是轻量而高刚性、低垂度、低振动、热稳定。图26分别对比了不同材料的垂度和减震情况。其在航天领域的应用有卫星天线、反射器、太阳阵列组件、光学装置等。

美国快速复合材料公司生产各种MP-CF增强热塑性树脂，如TPU、PC、PET、N-11、N-12、N-6、N66、PBT、PPS、PEI、PEEK、PEK和LCP制品（图27）。

图28列举各种产品实例，如无人宇宙空间监视三翼直升机、来福枪、计算机柜、空运箱、枪箱、针状散热器、散热器底盘、电子轻便对接装置、机器人传感部件等。

3 芳酰胺纤维（ARF）

在复合材料领域，对位芳酰胺纤维（P-ARF）主要以织物和扁带等形式使用，而间位芳酰胺纤维（m-ARF）则以蜂窝结构等使用。

3.1 织物

意大利G.ANGELONI公司是专业生产高模P-ARF、高强碳纤维（HS-CF）、高模碳纤维（HM-CF）、聚芳酯“Vectran”纤维（LCPF）、GF及混杂织物和单向带的厂家。

P-ARF织物及其混杂织物的品种有62种，PAN-CF及其混杂织物有100种，LCPF及其混杂织物有11种，MP-CF有 3种，这些织物和单向带可加工成各种美观的复合材料制品。这些纤维还可与钛、不锈钢、铜、纯金、银等丝交织成各种创新织物（图29）。

美国A&P Technology公司生产各种P-ARF、CF、GF及其混杂纤维的编织套、单向织物、非织造布、机织物、编织扁带、预成型体等，其中P-ARF套状编带就有21种规格，ARF与CF混杂编织套有15种，CF编织套19种，CF与其他纤维编织套22种。产品可用于飞机、自行车、游艇、风电叶片等复合材料部件。

美国Saint-Gobain ADFORS公司生产各种角度补强的平纹织物，包括ARF、CF、GF、UHMWPEF、LCP、PBO、PET等纤维。用途有复合材料结构件、三维层压元件、增强材料、建筑结构、工程复合材料及层压材料、船帆等。

3.2 非织造布

美国AFN先进纤维非织造布公司隶属Hollingsworth& vose公司，专业生产P-ARF和镀镍碳纤维及CF/GF吸波非织造布，其品种规格分别有 5、8 和 4 种。主要用途有轻量的吸波隐蔽物、大罐和管道复合材料、拉挤成型管道面层、EMI屏蔽材料、复合材料表面材料、蜂窝结构表面、集成电路板稳定层、隔热材料、燃料电池部件和粘合剂衬底。

3.3 防弹复合材料

美国Clemson大学与军队研究实验室武器和材料研究理事会研究高比强度、高比刚性连续P-ARF增强的树脂基复合材料的形成机理，其中涉及到的工艺参数包括分子链、微纤维、纤维、纱线、织物/层数、单层压件、叠加层压和层压材料（图30）。通过简化子弹冲击方案的非线形动态/固定元件的分析，找出最佳的成型工艺参数。

美国军队研究实验室一直从事士兵防护武器威胁的研究，包括P-ARF和UHMWPEF材料动态性能的表征、材料动力学造型和模拟、纳米材料的合成和表征、聚合物基体材料的配置和表征、脑部受凸伤和爆破影响的神经病表征、骨头和软组织在受武器作用的高速损伤机理的高性能计算模拟、骨头和软组织的物理表征。此外还开展了10项相关的应用研究，目的是进一步实现轻量化，提高防护效果、降低成本和扩大应用领域。

美国Fibrf lex公司是生产P-ARF、CF、GF、增强N-6、 N-66、PPS、PEEK、ABS/PC、PEI、PP、FEP等复合材料的厂家，应用于无人机和武器部件等。

值得一提的是，俄罗斯SVM、ARMOS、RUSAR、ARTEC等系列高性能芳杂环酰胺共聚纤维的防弹和高压容器的基础和应用研究也取得了重大成果，为推动航空航天和国防军工的发展做出贡献。

我国的芳纶Ⅲ已有 4 家企业在小批量生产，总产能450 t/a，为国防军工作出了贡献，但产品更新换代方面不及俄罗斯。

3.4 蜂窝结构材料

美国Plascore公司是生产PN2航天级M？ARF蜂窝结构材料、PNI商用m-ARF蜂窝材料、PK2 P-ARF蜂窝材料，还有铝、PC和PP蜂窝材料的公司。PN2是由杜邦公司的Nomex纸涂覆酚醛树脂制成的，具有突出的阻燃性，主要用于飞机厨房和尾翼、导弹翼材、雷达天线罩、天线、军用掩体、燃料罐、直升机旋叶、海军舱壁结合板等。

我国苏州芳磊蜂窝复合材料有限公司和深圳昊天龙邦复合材料有限公司等公司都生产m-ARF、P-ARF和CF等蜂窝材料，广泛应用于飞机、无人机、直升机等的板材。

4 UHMWPEF

塞拉尼斯公司开发成功新一代的UHMWPE、纤维及膜产品，生产效率提高且性能更优异。具体技术突破点尚未透露，但由于它在溶剂中易凝胶化，与现有UHMWPEF生产线相比其产量、纤维强度和拉伸性能均有所提高，因此作为防弹材料和绳缆的性能也随之提高。作为锂离子电池的隔膜，其穿刺强度、耐磨性和抗冲击强度都提高了，因此部件寿命长。

浙江科技大学继东华大学等之后，开展了UHMPE/碳纳米管（CNT）复合纤维的蠕变与回缩性能的研究，结果发现添加多壁CNT后，弹性、刚性和回缩性均有改善。

5 其他高性能纤维

5.1 硼纤维和碳化硅纤维

美国特种材料公司是专业生产钨（W）芯硼化物单丝（W-BMF）、碳芯碳化硅单丝（C-SiCMF）及其预浸带和碳单丝的生产厂家。W-B MF是采用化学气相沉积（CVD）法在W单丝上沉积硼化物而制得大直径的高强高模纤维。图31显示出其反应原理，表 2 显示出其基本性能。

该公司还生产硼单向预浸带及其与CF的混杂预浸料“Hy-Bor”。C-SiCMF也是通过CVD法在33 μm的CF单丝上沉积B-SiC，而制得5.6 mm直径的单丝，制法相仿。这些纤维的应用领域包括F-15战斗机尾部、Predator UAV的翼梁组件、黑鹰与海鹰直升机尾部和旋叶增强材料、卫星和宇宙望远镜O-CTE结构材料、军机修复材料、CMC和TMC应用、工程胄甲系统的纤维预成型体、电磁波屏蔽结构材料、高级混杂自行车架、高尔夫球杆、钓鱼竿和赛车等。我国也在小规模制备该纤维，应用于特殊领域。

5.2 玄武岩纤维（BSF）

MAFIC公司兴建于2012年，在北美和欧洲生产连续BSF、短切纤维和长纤维增强热塑性树脂（LFT）母粒及材料。目前产能均为百吨级。MAFIC BASALT ROVING（商品名）单丝直径13 μm，硅烷上浆剂含量0.4% ～ 0.8%，拉伸强度2 600 ～ 3 000 MPa，模量84 ～ 88 GPa，与环氧树脂浸合性好。加工方法有拉挤成型、长丝缠绕、非织造布、SMC、手工铺放、预浸料、开口和密闭模压和真空灌注。用途有风电叶片、高压罐和气瓶、管类、代钢筋、承载型材、汽车部件、船壳、防弹材料、防火材料、摩擦材料、增强水泥和表面装修等。

我国已有约20家生产厂，有几家已发展到3 000 t/a的规模，许多应用领域居世界领先，但也有待开发市场。

6 结语

上述十几种高强高模纤维及其复合材料的最新进展和新产品，只能了解全球五极的简貌。为了扩大高性能纤维的应用，我国需重视适应不同基体和应用领域的纤维表面处理剂及上浆剂的研发。高性能纤维与其混杂织物及预浸料的系列品种开发，对扩大应用有重要意义，具有“量体裁衣”的经济效果，应不断创新生产工艺技术，同时深入开展应用研究与市场开发研究，实现高性能纤维的高效化、高性能化、低成本化生产。