芳綸纖維與碳纖維、UHMWPE 纖維并稱為世界三大高性能纖維。芳綸纖維具有耐高溫、量輕、高強(qiáng)高模、使用壽命長(zhǎng)等特性，綜合性能指標(biāo)及穩(wěn)定性均與軍需裝備極為配套，尤以芳綸 1414（PPTA）需求最多。芳綸纖維主要用于防彈衣、防彈頭盔、坦克裝甲等特種防護(hù)裝備以及其他軍需結(jié)構(gòu)材料等。目前，國(guó)內(nèi)的芳綸 1313（PMIA）供給充足，而芳綸1414的供給存在不足，尤其高品質(zhì)的芳綸1414仍需進(jìn)口。由航天科工六院46所研發(fā)的F-12高強(qiáng)度芳綸纖維屬于含雜環(huán)芳香族聚酰胺纖維，多項(xiàng)性能明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)芳Ⅲ纖維，屬于非常重要的戰(zhàn)略物資；2011年在內(nèi)蒙古正式投入生產(chǎn)，年產(chǎn)50t。

UHMWPE 纖維密度低（可浮于水面）、耐磨耐彎曲性能好、張力疲勞性和耐剪切性能在三大高性能纖維中最強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于防彈切割手套、繩纜制品、飛機(jī)翼尖材料等防護(hù)裝備、航空航天及軍事領(lǐng)域。其中，成都海蓉特種紡織品有限公司生產(chǎn)的聚乙烯絲繩性能極為優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于各個(gè)特種行業(yè)。經(jīng)過不斷研究改進(jìn)，UHMWPE纖維的綜合性能越來越好，但仍存在界面結(jié)合力差、蠕變性高等問題。研究人員正在通過等離子體處理、輻射等手段進(jìn)行表面改性，以期能夠解決或改善這些問題。UHMWPE 纖維存在全球性的供給不足現(xiàn)象，具有巨大的應(yīng)用空間和市場(chǎng)。目前，國(guó)內(nèi) UHMWPE 纖維的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，同樣存在產(chǎn)能不足、價(jià)格昂貴、供給困難的問題。

PBI纖維全稱為聚-2,2’-間苯撐-5,5’-雙苯并咪唑纖維，中文全稱聚對(duì)苯并咪唑纖維，簡(jiǎn)稱托基綸。PBI 纖維的大分子主鏈上含有苯并咪唑撐，這使得PBI 纖維具備阻燃、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等諸多優(yōu)異特性。PBI纖維燃燒時(shí)不發(fā)生熔融，無毒無煙，基本不產(chǎn)生收縮變形，離火后立即熄滅。同時(shí)，PBI纖維還具有耐酸堿、耐水解、吸濕率高（15%）、易紡織加工、穿著舒適等特性，可用于宇航防護(hù)服、飛機(jī)及潛艇的阻燃內(nèi)飾材料，以及其他特種防護(hù)服或?yàn)V材。PBI纖維性能優(yōu)異，但價(jià)格過于昂貴，急需降低生產(chǎn)成本，進(jìn)行大批量的工業(yè)化生產(chǎn)。

PI纖維即聚酰亞胺纖維，是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)結(jié)構(gòu)的一類聚合纖維。聚酰亞胺纖維具有較高的表面積，過濾效果好且粉塵大多集中于纖維的表面，以，過濾過程中運(yùn)行阻力非常?。欢?，PI 纖維具有耐氧化、耐熱、低吸水性以及介電特性。聚酰亞胺纖維與杜邦 Nomex?纖維同屬于高溫濾材，但其使用溫度范圍更廣、工作溫度更高（PI 纖維使用溫度250~350 ℃，Nomex?纖維使用溫度 204~240 ℃）。與此同時(shí)，PI 纖維具有優(yōu)良的耐酸堿性能，可用于酸堿含量較大的高溫?zé)煔膺^濾，這些都是 Nomex?纖維不能相比的。目前，在高溫?zé)煔鉃V材及阻燃防護(hù)品領(lǐng)域，PI纖維成為最佳選擇。

PBO纖維全稱為聚對(duì)苯撐苯并二口惡唑纖維，被譽(yù)為21世紀(jì)的超級(jí)纖維。PBO纖維主要是由苯環(huán)及芳雜環(huán)高分子高度聚合形成的纖維聚合物，分子結(jié)構(gòu)呈剛棒狀，取向度呈現(xiàn)高度的一致性；同時(shí)，PBO 纖維屬于溶致性液晶高分子，紡紗工藝屬于液晶紡絲，分子鏈間的緊密程度，因此，PBO纖維具有較為優(yōu)異的力學(xué)性能。

PBO纖維的密度遠(yuǎn)低于碳纖維，而力學(xué)性能卻遠(yuǎn)高于芳綸纖維，是新一代的質(zhì)輕高強(qiáng)纖維之一；直徑為1 mm的PBO 細(xì)絲就能夠吊起 450 kg 的貨物，強(qiáng)度是鋼絲纖維的十倍以上。同時(shí)，PBO纖維沒有熔點(diǎn)，具有較高的耐熱性能，耐熱溫度為600 ℃，可在 300 ℃下連續(xù)工作。但由于 PBO 纖維分子間的作用力比較薄弱，纖維表面缺少極性基團(tuán)，因此，抗壓縮強(qiáng)度低，與樹脂之間的黏合力較差，限制了其應(yīng)用，但目前已通過等離子體處理、紫外及輻射處理、偶聯(lián)劑處理、共聚及表面化學(xué)改性等方法得到了有效解決。2016年，深圳市新綸科技股份有限公司投資30億元建立新綸科技高性能纖維（PBO）項(xiàng)目，成為全球第二家PBO纖維生產(chǎn)企業(yè)，打破了日本東洋紡的壟斷。

聚苯撐吡啶并二咪唑纖維（PIPD）的商品名為M5。M5纖維同PBO纖維一樣，通過液晶紡絲技術(shù)紡制，屬于剛性棒狀高性能纖維，PIPD纖維行業(yè)起步于上世紀(jì)九十年代，由荷蘭阿克蘇諾貝爾公司（Akzo Nobel）率先研制成功。我國(guó)PIPD纖維行業(yè)起步較晚，本土企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)于21世紀(jì)初才開始對(duì)其制備技術(shù)進(jìn)行研究。目前，干噴濕紡法為PIPD纖維主流制備方法，該法以多聚磷酸溶液為基材，將其從噴絲孔擠出，再經(jīng)過拉伸、凝固、清洗、烘干等流程，最終制得成品。

M5纖維具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗壓模量，更適用于宇航材料、武器裝備、防彈器材等航空、軍事領(lǐng)域。同時(shí)，M5 纖維表面具有一定的極性基因，便于與各種樹脂（環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯和乙烯基樹脂等）基材粘接制備高性能復(fù)合材料。M5纖維與碳纖維相似，都具有相對(duì)較高的經(jīng)向模量、較低的緯向模量和較高的抗剪切性能。M5 纖維的各項(xiàng)性能優(yōu)良，符合軍需配套材料的物化指標(biāo)要求，是非常重要的戰(zhàn)略物資。但M5纖維在國(guó)內(nèi)仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)、試制階段，未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)。

二、生產(chǎn)廠家和性能比較

常見的幾種軍用高性能有機(jī)纖維的名稱、主要商品及廠家信息見表1。由表1可知，除了M5纖維國(guó)內(nèi)目前無生產(chǎn)企業(yè)外，其他高性能纖維國(guó)內(nèi)均已有生產(chǎn)企業(yè)。這意味著除了M5 纖維，其他高性能纖維均已打破國(guó)外的壟斷地位。

常見的幾種軍用高性能有機(jī)纖維的主要性能對(duì)比見表 2。由表 2 可知，新種類的高性能纖維及高強(qiáng)型高性能纖維的出現(xiàn)，打破了以往的既定分類和認(rèn)知，即：斷裂伸長(zhǎng)率最低，拉伸強(qiáng)度和拉伸模量最高的不是 PBO 纖維，而是 M5 纖維。而斷裂伸長(zhǎng)率最高，拉伸強(qiáng)度和模量最低的則為PBI纖維。質(zhì)量最輕的當(dāng)屬 UHMWPE 纖維，而高模 M5 纖維的密度和質(zhì)量相對(duì)比較高。UHMWPE 纖維屬于基本不回潮纖維，芳綸纖維回潮率相比其他纖維明顯較高。相比而言，UHMWPE 纖維的極限氧指數(shù)和熱分解溫度最低、耐熱穩(wěn)定性最差。而PBO纖維的極限氧指數(shù)高達(dá)68%，展現(xiàn)出了極佳的阻燃性能。

常見的幾種軍用高性能有機(jī)纖維的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域見表 3。表 3 所示的每一種纖維都有其優(yōu)缺點(diǎn)，而這些優(yōu)缺點(diǎn)只是針對(duì)這些纖維用于航空、軍事用途時(shí)而言，如果用于民用紡織品也許截然不同。就纖維在航空軍事應(yīng)用領(lǐng)域的廣度、用量以及應(yīng)用前景而言，M5 纖維最值得期待，其次是 UHMWPE纖維、PBO 纖維，而芳綸纖維、PBI 纖維、PI 纖維緊隨其后。

我國(guó)高性能纖維研制起步并不晚，但由于經(jīng)費(fèi)投入、原材料、裝備、人才等復(fù)雜的原因進(jìn)展一直較緩慢，近10年來雖取得了很大的進(jìn)步，但在產(chǎn)品性能穩(wěn)定性、生產(chǎn)成本、規(guī)模及應(yīng)用水平方面與日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家仍有明顯差距，其主要共性科學(xué)問題是高性能纖維近程、遠(yuǎn)程和宏觀結(jié)構(gòu)（即分子鏈分布、體系純度、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、纖維表面結(jié)構(gòu)）的不均勻性引起的產(chǎn)品可紡性、物化性能和批次穩(wěn)定性不足。目前主要存在的主要問題總結(jié)如下：

國(guó)外航空航天領(lǐng)域已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用以T800級(jí)碳纖維為主要增強(qiáng)體的第二代先進(jìn)復(fù)合材料，而我國(guó)總體上仍處在第一代先進(jìn)復(fù)合材料的擴(kuò)大應(yīng)用、第二代先進(jìn)復(fù)合材料的考核驗(yàn)證階段。高強(qiáng)高模、超高模量碳纖維、差異化對(duì)位芳綸（超高強(qiáng)型、超高模型、中等模量型、高黏結(jié)型、抗疲勞型等）、高強(qiáng)和無蠕變UHMWPE纖維、高性能雜環(huán)芳綸Ⅲ生產(chǎn)技術(shù)尚未突破，不具備自主保障能力，在高性能無機(jī)纖維等領(lǐng)域，同樣存在高端產(chǎn)品缺乏、質(zhì)量一致性差等問題。

高性能纖維產(chǎn)業(yè)是一個(gè)生產(chǎn)工藝與裝備高度耦合的長(zhǎng)流程精細(xì)產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)尚未完全掌握大規(guī)模成套生產(chǎn)工藝技術(shù)?，F(xiàn)階段國(guó)產(chǎn)碳纖維生產(chǎn)仍以12K及以下小絲束產(chǎn)品為主，大絲束、低成本碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)尚未全面突破，而國(guó)外已開始將大絲束低成本與小絲束高質(zhì)量的生產(chǎn)技術(shù)融合，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。芳綸（對(duì)位芳綸、間位芳綸、雜環(huán)芳綸Ⅲ）在產(chǎn)品性能與穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、應(yīng)用領(lǐng)域等方面還存在差距。UHMWPE纖維單線產(chǎn)能低，投資成本高、生產(chǎn)效率低、能耗高，規(guī)?；统杀旧a(chǎn)還難以實(shí)現(xiàn)。PPS纖維和聚芳酯纖維缺乏千噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)和裝備。此外，高性能纖維的產(chǎn)業(yè)化成套裝備設(shè)計(jì)與制造能力不足，缺乏設(shè)計(jì)/仿真模擬工程師，設(shè)計(jì)/模擬軟件依賴進(jìn)口，基礎(chǔ)工業(yè)技術(shù)（如機(jī) 械加工）、精密設(shè)備（如計(jì)量泵、噴絲板）、裝備原材料質(zhì)量（如高強(qiáng)度鋼、耐腐蝕鋼材料等） 與國(guó)外存在明顯差距，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)自主裝備在精度、效率和使用壽命上不足，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性差、故障率高，制約我國(guó)高性能纖維產(chǎn)品性能穩(wěn)定與提升以及生產(chǎn)成本控制。

在國(guó)家政策扶持和重大任務(wù)的牽引下，我國(guó)高性能纖維參照、仿制國(guó)外產(chǎn)品開展研究工作，以產(chǎn)品研制為主，著重解決國(guó)家重大需求和應(yīng)用急需。高校與研究機(jī)構(gòu)研發(fā)通常以型號(hào)產(chǎn)品為依托，高性能纖維材料成分-結(jié)構(gòu)-工藝-性能之間的深層次關(guān)系規(guī)律尚未全面掌握，必要的基礎(chǔ)科學(xué)機(jī)理與理論尚未揭示清楚，導(dǎo)致面臨新的應(yīng)用需求時(shí)缺乏理論支撐，自主創(chuàng)新能力不足。企業(yè)疲于盲目擴(kuò)產(chǎn)，投入研發(fā)經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重不足，如碳纖維目前國(guó)內(nèi)可工業(yè)化的產(chǎn)品僅有幾個(gè)牌號(hào)，而日本東麗有近20個(gè)產(chǎn)品型號(hào)。

目前我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)體系尚不完整，關(guān)鍵裝備與配套材料、重要原材料、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)薄弱。在航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域應(yīng)用的總體規(guī)模較小，難以驅(qū)動(dòng)高性能纖維及復(fù)合材料全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與完善，在以汽車、壓力容器、軌道交通等為代表的工業(yè)領(lǐng)域仍未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。在國(guó)家政策支持和高科技領(lǐng)域投資沖動(dòng)等多重因素刺激下，目前仍存在低水平重復(fù)、脫離產(chǎn)業(yè)實(shí)際的投資亂象，項(xiàng)目水平參差不齊，不僅造成大量國(guó)家和社會(huì)資源占用與浪費(fèi)，同時(shí)不利于行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的形成。

面向國(guó)家2035年重大戰(zhàn)略需求，我國(guó)高性能纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)進(jìn)行以下布局：

高性能纖維是高度復(fù)雜性產(chǎn)品，具有對(duì)基礎(chǔ)研究依賴性強(qiáng)、生產(chǎn)工藝前后關(guān)聯(lián)度高的特點(diǎn)，高性能纖維的性能源于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，要在生產(chǎn)中確保其微觀結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，就需要對(duì)其形成過程有非常清楚的認(rèn)識(shí)，對(duì)影響其形成的外部條件有精準(zhǔn)的控制。因此，對(duì)相關(guān)共性基礎(chǔ)科學(xué)問題的深入研究是解決發(fā)展過程遇到的問題、建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)體系和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵。但目前國(guó)內(nèi)企業(yè)缺乏對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)問題的正確理解與清晰認(rèn)識(shí)，需要加大力度凝練共性科學(xué)問題，布局前瞻研究，研發(fā)具有穩(wěn)定性能的優(yōu)質(zhì)高性能纖維。

高性能纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)難度高、專業(yè)跨度大，是復(fù)雜的系統(tǒng)工程和高度的集成創(chuàng)新，具有對(duì)設(shè)備質(zhì)量和控制精度要求高、對(duì)生產(chǎn)管理要求嚴(yán)格等工程技術(shù)特性。需加強(qiáng)多學(xué)科、多專業(yè)的相互交融和前后銜接，加快高性能纖維及其復(fù)合材料高附加值、低成本關(guān)鍵工藝及裝備工程化研究，包括有機(jī)高性能纖維級(jí)專用樹脂的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，新型溶劑、助劑、萃取劑等的開發(fā)，新型紡絲及后處理等連續(xù)化工程成套技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備開發(fā)等，提升高水平產(chǎn)業(yè)化的系統(tǒng)集成、項(xiàng)目管理和過程融合。

全球主要高性能纖維已經(jīng)進(jìn)入技術(shù)和工藝全面更新的階段，生產(chǎn)效率不斷提高，成本不斷下降，新產(chǎn)品個(gè)性化明顯，要完善和系列化生產(chǎn)各種型號(hào)規(guī)格的產(chǎn)品，重點(diǎn)拓展新品種和應(yīng)用領(lǐng)域。一方面突破國(guó)外壟斷高端產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，另一方面通過降低纖維制造成本，來提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和擴(kuò)大纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。加強(qiáng)高性能纖維產(chǎn)品多領(lǐng)域市場(chǎng)應(yīng)用開發(fā)，攜同下游復(fù)合材料企業(yè)大力發(fā)展協(xié)同設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)，通過下游穩(wěn)定應(yīng)用支撐上游行業(yè)發(fā)展，拓展整體產(chǎn)業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的寬度和深度。

瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，立足自主技術(shù)，健全高性能纖維新材料標(biāo)準(zhǔn)體系、技術(shù)規(guī)范、檢測(cè)方法和認(rèn)證機(jī)制。加快制定產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合開發(fā)重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，加快國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)向國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化。

加強(qiáng)高性能纖維配套的復(fù)合材料技術(shù)研究。高性能纖維及其復(fù)合材料不僅事關(guān)國(guó)家戰(zhàn)略安全，與國(guó)防軍工、航空航天建設(shè)緊密相關(guān)，更是踐行國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)性材料產(chǎn)業(yè)，是風(fēng)電、光伏、交通工具輕量化、氫能源汽車等發(fā)展的重要支撐。需要加強(qiáng)高性能纖維配套的設(shè)備及復(fù)合材料技術(shù)研究，開發(fā)高效織造、復(fù)合材料高效成型等新技術(shù)，構(gòu)筑三維紡織結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料表界面結(jié)構(gòu)，牽引高性能纖維材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展和升級(jí)。