高强高模纤维高强高模纤维

材料学院化纤研究所材料学院化纤研究所

刘兆峰刘兆峰

关于高强高模纤维关于高强高模纤维

高强高纤维目前尚无确切的定义 高强高纤维目前尚无确切的定义

强度： 强度： 2GPa2GPa 以上以上

模量： 模量： 50GPa50GPa 以上以上

主要的高强高模纤维主要的高强高模纤维

碳纤维碳纤维芳纶纤维芳纶纤维高强高模聚乙烯纤维高强高模聚乙烯纤维其它纤维其它纤维

工业化高强纤维及性能工业化高强纤维及性能纤维种类 商品名 强度

(Gpa) 模量 (Gpa)

密度 (g/cm3)

熔点 (℃)

对位芳纶 Kevlar 2.8 132 1.44 560*

聚芳酯 Vectran 2.8 69 1.4 270

芳杂环纤维 PBO 5.5 280 1.59 650*

高强 PE Dyneema 3.4 160 0.98 140

碳纤维 Torayca 3-7 200-300 1.8

高强 PVA Kuvaion 2.1 46 1.32 245*

* 为分解温度

碳纤维碳纤维按用途分：按用途分： 作烧蚀材料作烧蚀材料（主要为粘胶基碳纤维）（主要为粘胶基碳纤维）

作结构材料作结构材料（主要为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤（主要为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤

维）维）

高强高强 PVAPVA 纤维纤维

高分子量原料，采用冻胶纺丝，超高分子量原料，采用冻胶纺丝，超拉伸技术拉伸技术

湿纺加硼交联技术湿纺加硼交联技术

PBOPBO 纤维纤维 强度、模量比芳纶高出近一倍强度、模量比芳纶高出近一倍 日本东洋纺已开始产业化进程日本东洋纺已开始产业化进程 聚对亚苯基苯并双恶挫纤维（分子式见聚对亚苯基苯并双恶挫纤维（分子式见

下图）下图）

芳纶纤维芳纶纤维

聚对苯二甲酰对苯二胺聚对苯二甲酰对苯二胺 通过液晶纺丝方法制成通过液晶纺丝方法制成 分子链伸直平行排列分子链伸直平行排列 结晶度很高结晶度很高

芳纶的主要用途芳纶的主要用途

复合材料增强复合材料增强防弹材料防弹材料光缆、电缆加强材料光缆、电缆加强材料其他特殊用途其他特殊用途

芳纶生产销售现状芳纶生产销售现状

已有已有 3030 年的工业化历史年的工业化历史

主要生产国：美国，日本，荷兰主要生产国：美国，日本，荷兰

目前世界市场供不应求目前世界市场供不应求

我国芳纶发展的情况我国芳纶发展的情况

我国开发芳纶已有我国开发芳纶已有 2020 年年

东华大学是最早参与研究的单位之东华大学是最早参与研究的单位之一，有自主的知识产权一，有自主的知识产权

目前准备开发芳纶纸目前准备开发芳纶纸

高强高模高强高模 PEPE 纤维纤维

原料：分子量原料：分子量 150-600150-600 万万采用冻胶纺丝，超拉伸技术采用冻胶纺丝，超拉伸技术纤维具有部分伸直链结构纤维具有部分伸直链结构

冻胶纺丝主流程冻胶纺丝主流程纺丝纺丝 溶解 脱泡 挤出成型 凝固溶解 脱泡 挤出成型 凝固 冻胶丝络筒冻胶丝络筒

拉伸拉伸 集束 萃取 干燥 超倍拉集束 萃取 干燥 超倍拉

伸伸 卷绕卷绕

PEPE 冻胶纺溶剂及萃取剂冻胶纺溶剂及萃取剂

主要溶剂主要溶剂 十氢萘，煤油，白油，矿物油十氢萘，煤油，白油，矿物油

主要萃取剂主要萃取剂 汽油，低聚烃，卤代烃，苯及其衍汽油，低聚烃，卤代烃，苯及其衍

生物生物

PEPE 冻胶纺工艺关键冻胶纺工艺关键

浓度：浓度： 3% - 10%3% - 10% 采用双螺杆帮助溶解和脱泡采用双螺杆帮助溶解和脱泡 用特殊的凝固浴解决并丝问题用特殊的凝固浴解决并丝问题 分多级达到分多级达到 4040 倍以上拉伸倍以上拉伸 溶剂及萃取剂回收分离溶剂及萃取剂回收分离

高强高强 PEPE 的工业生产的工业生产

主要生产国：主要生产国：

荷兰，美国，日本，中国荷兰，美国，日本，中国 产量：产量：

目前约目前约 40004000 吨吨 // 年，供不应求年，供不应求

0° 层90° 层

防弹防弹 UDUD 是无纬复合材料是无纬复合材料

UDUD 的组成的组成

热熔 PE层

UD 0°, 90°

UD 0°, 90°

热熔 PE层

面密度： 145 g/m²

UDUD 截面扫描电镜照片截面扫描电镜照片

我国高强我国高强 PEPE 技术的特征技术的特征 采用白油或矿物油采用白油或矿物油 凝固浴采用独特的配方，解决了并凝固浴采用独特的配方，解决了并

丝问题丝问题各生产厂有自己的知识产权各生产厂有自己的知识产权所有的生产厂，技术均由东华大学所有的生产厂，技术均由东华大学

化纤研究所提供化纤研究所提供

国产和进口国产和进口 PEPE 纤维性能比纤维性能比较较

生产厂 DSM 联信 同益中 大成 中泰

强度 (cN/dtex)

26.59 24.41 24.89 22.59 22.57

模量 (cN/dtex)

1039 926 1297 881 862

伸长 (%)

2.82 2.77 2.39 3.14 2.99

国产和进口纤维截面国产和进口纤维截面 SEMSEM 照片照片

存在的问题和今后的工作存在的问题和今后的工作进一步提高国产高强进一步提高国产高强 PEPE 的强度的强度

和均匀性和均匀性研究提高纤维抗蠕变能力的技术研究提高纤维抗蠕变能力的技术提高纤维的使用温度提高纤维的使用温度进一步降低单丝纤度进一步降低单丝纤度

结束语结束语 从国防科技发展的战略高度出发，开发从国防科技发展的战略高度出发，开发

高强高模纤维刻不容缓；高强高模纤维刻不容缓；

我国已有开发高强纤维的基础，迄今高我国已有开发高强纤维的基础，迄今高强强 PEPE 和碳纤维已经工业化，有待于开发和碳纤维已经工业化，有待于开发其下游产品；芳纶纤维及其制品、其下游产品；芳纶纤维及其制品、 PBOPBO纤维等的生产技术尚属开发阶段。纤维等的生产技术尚属开发阶段。