日本合成纖維制造正慢慢從農用紡織品撤退，而轉向產業(yè)用紡織品。2010年5月，KB salen發(fā)表文章稱，開發(fā)了高強度、高模繁的液晶聚酯纖維以及耐熱性蚶的聚苯硫醚（PPS）纖維，應用于工業(yè)材料領域。帝人公司于2011年下半年在荷蘭芳綸廠內建設新生產設備，商業(yè)化生產超高相對分了質最聚乙烯纖維。

本文介紹了超纖維在產業(yè)用紡織品中的應用和技術開發(fā)進展。

所謂超纖維，是與一般纖維相比，其強度及彈性模量高，或者耐熱性、阻燃性優(yōu)的纖維。超纖維的強度達到2GPd以上，見表1。

 

表1 高強度高彈性模量纖維

纖維	公司及其商品	特征	主要用途
對位芳香族聚酰胺	帝人Technora,東麗杜邦Kevlar	高強高模、耐熱性	耐熱摩擦材料（管道）、輪胎簾子線、帶、防彈服、防護服、繩、航空部件、混凝土增強材料
超高相對分子質量聚乙烯	東洋紡Dyneerma	高強高模、低比重、耐磨、耐藥品、耐沖擊、耐氣候	繩、張緊材料、保護服、運動及休閑用品、釣魚絲、漁網(wǎng)
聚芳酯	可樂麗Vectran	高強高模、耐熱、耐酸、低伸長、低蠕變、低吸濕、振動衰減性	繩、保護服、運動及休閑用品、漁網(wǎng)、電器材料、保護材料、成型品功能紙
聚對苯撐苯并雙惡唑（PBD）	東洋紡Zylon	高強高模、耐熱、阻燃、耐磨、耐沖擊、耐蠕變、低吸濕	防彈材料、防護服、帶、繩、增強材料、耐熱緩沖材料
碳纖維	東麗Toreka、東邦Besfite、三菱人造絲Pilofil	高強高模、耐熱、阻燃、耐沖擊	運動及休閑用品、X射線器件、宇航部件、火車部件、船舶部件、汽車部件、風力發(fā)電部件、土建材料

1、對位芳香族聚酰胺纖維的用途和技術開發(fā)方向

對位芳香族聚酰胺纖維的特征是：①高強度、高彈性模量；②耐熱，即在高溫下不熔融、不收縮而碳化；③耐疲勞、耐沖擊、耐切割、耐藥品性、振動衰減性、非研磨性：④自滅性、低介電常數(shù)、不導電、蠕變小、威力松弛?。虎莩叽绶€(wěn)定性好。需要進行研究的課題是：①染色困難；②電絕緣性不良。

1.1芳香族聚酰胺纖維（對位、間位）有望擴大的應用

1.1.1防護服（防彈、耐切割）等各種防護材料

帝人和赤尾公司將已經(jīng)很輕的消防服（約27kg）又減輕了10%，實現(xiàn)了世界頂級輕量（2.5kg）水平。另外，在隔熱性試驗中，火傷率減少60%， 達到了輕量和隔熱同時提高。輕量化方面，3層結構的消防服最外層使用的是耐熱性和難燃性優(yōu)的間位芳綸，與高強度的對位芳綸以最佳比例混紡，保持布料強度的同時實現(xiàn)薄型化、輕量化。隔熱性方面，用作消防服襯里，開發(fā)出有最大空氣層的波型織物結構?？諝鈱幼鞲魺釋樱舆t熱傳導，隔熱性大幅提高。消防服外層采用特殊的兩重織物，隔熱性進步提高。

1.1.2 土建材料（代替鋼筋增強混凝)

以芳香族聚酰胺纖維為芯，用環(huán)氧樹脂等熱固性樹脂加固的芳香族聚酰胺棒，可替代鋼筋，具有輕而不生銹的優(yōu)點，如用在核聚變爐建筑物混凝土結構中。還可將芳香族聚酰胺纖維片材用于抗震增強施工中，如橋梁和橋座由芳香族聚酰胺棒連接以防地震時橋梁落下（見圖1）。

1.2 對位芳香族聚酰胺纖維的新應用開發(fā)

1.2.1 芳香族聚酰胺纖維的染色技術

為了使染料留在纖維中，開發(fā)出了在纖維表面形成分了級氣孔的特殊加工方法和使染料進入纖維而固定的技術。芳香族聚酰胺長絲可筒子染色， 利用該絲可開發(fā)芳香族聚酰胺嗣l聚酯混紡織物。

1.2.2 超臨界二氧化碳巾的芳香族聚酰胺纖維的非電l解化學鍍膜

福井大學與爾麗、杜邦進行了在芳香族聚酰胺纖維上非電解化學鍍銅的研究，開發(fā)了制備芳香族聚酰胺銅線的技術，應用于自動化機器的金屬線。

專利(特開2010-100934）——導電性高強力纖維及其制造辦法提到了相同的技術：長絲高強力絲束，經(jīng)開松形成甲板狀絲束，再經(jīng)等離了體處理或電了射線照射處理，再浸于含有機金屬絡含物的超臨界流體或弧臨界流體中，使長絲表面附有金屬絡合物，使金屬絡合物還原而活化，長絲浸于鍍液中進行非電解鍍膜處理，形成金屬鍍層。

1.2.3 汽乍朋碳纖維及芳香族聚酰胺復合材料

在汽午中推薦用碳纖維增強樹脂材料可減輕汽車質量，但有耐沖擊性差的問題。為提高其耐沖擊性，提出用芳香族聚酰胺等纖維增強熱塑性樹脂的辦案，開發(fā)容易浸漬熱塑性榭脂的織物，并利用現(xiàn)有近紅外線照射的成型加工機制成實用化片材。

1.2.4深海電纜

對位芳香族聚酰胺纖維“Technora”用作電纜材料，用于深海探測機（1萬m，以下） （見圖2）。Technora除具有高強力外，還具有耐水、藥品耐久性，分離、回收電纜時不會因壓縮使彎曲強力降低，耐疲勞性好。

1.2.5 其它

將火車車廂的連接車篷從左右屏風型式改為全周型以減輕對地面的噪音，所用材料是以芳香族聚酰胺纖維針織多層布為基布貼俞透濕防水膜，由于噪音減輕、防風能力提高，因此更加節(jié)能。新透濕防水膜將特殊納米技術材料運用于聚氨酯樹脂上，氣孔為0.5—3um，大小均勻的多孔膜，膜的厚度為原來的二分之一，具有柔軟風格。另外，新開發(fā)的試劑和纖維表面技術配合，耐磨性、疏水性極大提高。

2、聚芳酯纖維的用途和技術開發(fā)動向

2.1 Vectran的特征

Vectran除高強度、高彈性模量外，還有以下特點：①不吸濕，由于分了結構內親水基因少，含水率低，在干濕環(huán)境下強度相差小，反復干濕環(huán)境時的尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良；②低溫下，保持高強度物性， 即使在-70℃氛圍中也能保持與在室溫時相同的力學性能；③低蠕變性，伸縮隨時間變化率極小，尺寸穩(wěn)定性好。

2.2 應用

2.2.1 片材、膜材料

利用Vectran的高強度、高模量、非吸濕性、低溫力學性能、耐切割性等，結合樹脂加工可開發(fā)飛船膜體、賽艇、高壓管和高壓軟管等的增強基布，如美國航空和航天局火星探測器著陸用氣囊基布。

在平流層巡航的無人飛行船用于通訊及地球觀測等，其膜體基布是Vectran織物，飛行高度達 16.4km。這種膜村是在Vectmn織物上有EVOH游膜和其兩面為聚氨酯薄膜的含層結構，具有使產生浮力的氦氣不漏失的特點及耐氣候性。

2.2.2 線、張力繩及網(wǎng)

利塒高強度、高彈性模量、不吸濕、耐磨損性、低蠕變等特性，Vectran可用作窗簾、紗窗線、鋼絲替代線（網(wǎng)球、排球網(wǎng)的支持線、室內牽引粗繩）、耳機線、光纜承受張力部分、棒球擋球網(wǎng)等。

2.2.3 安全及防護

利用高強度、耐切割、耐熱、耐磨損等特性， Vectran可用于手套、圍裙等防護服及猛獸防護網(wǎng)等防護材料。

2.3 新用途擴展

Vetran織物涂聚氨酯樹脂后可制成水運輸袋 (寬10m，長 44m、厚4m，容積1000m³）等。

3 超高相對分了質量聚乙烯纖維的用途及技術開發(fā)方向

超高相對分了質最聚乙烯纖維，東洋紡公司生產Dyneema （熔融紡絲法）及Tsunuga兩種品牌 品牌。帝人公司在2011年下半年開始商業(yè)化生產。

3.1 特征

超高相對分了質量聚己烯纖維具有高強度、 高彈性模量，輕質（密度在1g/m³以下，在水中 浮起），沖擊吸收性優(yōu)良，耐磨、耐氣候、耐藥品性優(yōu)。

3.2 特性應用實例

利用Dvneema的特征開發(fā)的應用實例如表2所示。

 

表2 Dyneema的應用實例

性能		應用
基本性能	間接性能
高強度、 高彈性模 量、輕質	沖擊吸收性、耐切割等 防御性	運動帽盔、作業(yè)安全服、防護 衣、防護板、防護手套、汽車 沖擊吸收配件、防爆片材、雷 達罩等
	耐彎曲疲勞性、耐磨損 性	水產業(yè)用繩網(wǎng)、船用繩、快艇 繩、漁網(wǎng)、高爾夫網(wǎng)、弓弦、 窗簾線等
	耐氣候、藥品性	濾布、電池分隔膜、帳幕材料 等
	低伸長性	釣魚線、運動繩
	振動衰減性	話筒振動板、網(wǎng)球拍、滑需板 等
高取向	電中性、負線膨脹系數(shù)	極低溫材料（超導線圈等）、各 種絕緣材料

3.3新應用擴展

3.3.1 防爆片材

Dvneema可用于建筑物爆破時防止碎片飛散的片材。

3.3.2 墻面綠化植物生成網(wǎng)

建筑物墻面綠化作為都市熱島現(xiàn)象受到高度評價。Dyneema絲構成的墑面綠化網(wǎng)比原來鐵絲素材看上去美觀。

3.3.3 超導線圈筒管

在低溫狀態(tài)，一般材料有尺寸收縮趨勢，而Dyneema有尺寸伸長特性。利用這一特性，將Dvneema超導線卷繞成筒管使線剛不松散，有單制成極低溫度下可用的線材。

4 PBO纖維的用途和技術開發(fā)方向

4.1 東洋紡Zylon的特征

PBO纖維的拉伸強度是高強度尼龍的5倍， 耐熱，熱分解溫度為650℃，是難燃纖維，被稱 為超纖維之王。

4.2  Zylon的規(guī)格和用途

Zylon的規(guī)格用途如表3所示。
 

表3 Zylon的規(guī)格和用途

長絲	短纖紗	短切纖維	短纖維
輪胎、帶等橡膠材料， 光纜張力帶、繩、電 纜，防彈服、防彈盔	消防服，防刀割防 護服、安全手套、 爐前服，防護服裝	纖維增強塑料， 耐磨襯墊，增 強纖維	耐熱氈， 高溫耐 熱濾材

 

4.3 Zylon新應用

1、Zvlon牛仔布。以Zvlon為芯、以棉包覆的包芯紗織成牛仔布（棉93%，Zvlon7%）。

2、耐熱緩沖氈。氈的纖維長度方向有金屬的導熱性，厚度方向存在空氣層，有保溫、隔熱效 果。

3、賽車的輪胎連接張緊材料，在碰撞時防止輪胎從車體飛出去。

5 脂肪族聚酮纖維的開發(fā)

旭化成公司得到國家的補助，開發(fā)了脂肪族聚酮纖維Siblon。他們以廉價的乙烯和一氧化碳為原料，在氯化鋅溶液中進行凝膠紡絲，制成高強度聚酮纖維。用高速拉伸技術成功開發(fā)出了強度為17.6 cN/dtex、彈性模量為325 cN/dtex的聚酮纖維， 但尚有不耐紫外線及耐酸課題要進行研究。

6 碳纖維的用途和技術開發(fā)方向

6.1 碳纖維的特征

碳纖維的物理特性：輕質（密度為鐵的1/5)， 高強度（比強度為鐵的10倍，高彈性模量（硬,比彈性模量為鐵的5倍，熱穩(wěn)定（低熱膨脹率， 使用溫度為300℃以下），導電、x-射線透過?；瘜W性質是基木上不吸水，耐藥品性、耐油性。

6.2 主要應朋

碳纖維的主要用途是作為樹脂復合材料，例如碳纖維艮絲殼體、碳纖維復合輥、壓力容器、燃料電池用電極、汽車部件、建筑材料、風力發(fā)電用風輪翼。

6.3新應用擴展

6.3.1防止地球變暖

東麗、日產汽車的2003-2007年規(guī)劃目標是汽車的鋼鐵車體減輕50%，碰撞安全性上要有1.5倍的能量吸收，成型周期時間在10min以內（過去是100min)。采用高速硬化樹脂及碳纖維成型技術，汽車的門部件、車體地板可以達到上述目標， 已進行認證試驗。

6.3.2成型時問短、并町凹削的復合材料開發(fā)

東麗、三菱人造絲、東洋紡等（2008-2012年）開發(fā)成型性、加工性、回用性高的熱塑性樹脂的碳纖維復合材料，可用于汽車及產業(yè)機械等領域，力圖使汽車變輕且節(jié)能。

7、高耐燃件纖維

高耐燃性纖維的種類和特征及用途如表4所示。

 

表4 高耐燃性纖維的種類和特征及用途

纖維	公司及其商品	特征	用途
間位芳 香族聚 酰胺纖	帝人Conex、東麗 杜邦Nomex	耐燃性、阻燃性 (LOI值29%—32%),+ 200℃、1000h強度 保持率85%~90%	濾材、電線包覆、 防燃服、防護服、 防彈服、作業(yè)服
聚苯硫 醚纖維	東洋紡Procon、 東麗Tolcon、KB seirin Gradio	耐燃性、耐藥品性、 絕緣性，170~190℃ 可連續(xù)使用	濾材、抄紙用帆 布、電絕緣材料
聚酰亞 胺纖維	P84	耐燃性、阻燃性、過 濾特性，260℃力學 性能不變．500℃以 上碳化	濾材、耐熱服、防 燃服、航空宇宙部 件

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