航空航天用紡織品是指專門用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等航空航天器材制造的紡織材料。隨著航空航天產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和國際空天日益加劇的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，各類太空探索任務(wù)、軍用航空器和民用飛機(jī)等正對(duì)紡織材料提出更多的需求和更高的要求。新型航空航天用紡織品作為該領(lǐng)域的重要材料，不僅需要高比強(qiáng)度，輕量化，耐各種深空極端環(huán)境如強(qiáng)射線、原子氧、強(qiáng)粒子流沖擊及高低溫循環(huán)等，還要求其具備功能化、智能化、可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)。

航空航天用紡織品纖維材料來源廣泛、結(jié)構(gòu)多樣且應(yīng)用場(chǎng)景豐富，主要可按原料類型、紡織結(jié)構(gòu)及應(yīng)用范圍三大維度劃分，其性能適配航空航天領(lǐng)域的嚴(yán)苛要求，成為該領(lǐng)域發(fā)展的重要支撐。

原料分類

隨著航空航天技術(shù)的快速迭代，天然纖維已難以滿足性能需求，無機(jī)非金屬纖維材料、高性能合成纖維材料與金屬纖維材料成為主流應(yīng)用方向，石墨烯、氣凝膠等新型材料也憑借獨(dú)特性能逐步嶄露頭角。

（1）無機(jī)非金屬纖維材料

這類材料是航空航天領(lǐng)域的核心用材，涵蓋碳纖維、石英纖維、玄武巖纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、石墨烯纖維、氣凝膠纖維等。

碳纖維 力學(xué)性能優(yōu)異，兼具高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱、輕質(zhì)、耐高溫耐腐蝕等特性，是國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性材料，廣泛用于復(fù)合材料或增強(qiáng)材料制備。

石英纖維 由高純二氧化硅石英石高溫熔融拉制而成，絲徑1～15μm，耐溫性良好，1050℃下可長期使用，最高承受溫度達(dá)1700℃，且介電常數(shù)和介質(zhì)損耗系數(shù)表現(xiàn)優(yōu)異，常作為透波復(fù)合材料增強(qiáng)體用于天線罩。

玄武巖纖維 是新型無機(jī)環(huán)保高性能材料，強(qiáng)度高且具備電絕緣、耐腐蝕、耐高溫等性能，主要用作導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星等的隔熱材料。碳化硅纖維是理想的耐高溫、增強(qiáng)和隱身材料，可用于承受1200℃高溫及復(fù)雜應(yīng)力的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。

氧化鋁纖維 作為高溫絕熱材料，長期應(yīng)用于機(jī)頭前緣、側(cè)艙蓋、機(jī)翼、垂直穩(wěn)定器和航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)等部件的隔熱罩。

石墨烯纖維 其導(dǎo)電導(dǎo)熱特性可高效提升航天器散熱效率，高強(qiáng)度與柔性結(jié)合的優(yōu)勢(shì)能增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在航天器柔性導(dǎo)電織物、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、電磁屏蔽布及高靈敏度傳感織物等場(chǎng)景中應(yīng)用潛力巨大。

氣凝膠纖維 作為航空航天領(lǐng)域的高端柔性隔熱材料，可加工成隔熱織物用于航天器再入大氣層時(shí)的防熱層、飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)壁隔熱毯、衛(wèi)星關(guān)鍵部件保溫套，也可作為輕質(zhì)填充纖維融入復(fù)合材料，在減輕裝備自重的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效保溫。

（2）合成纖維材料

高性能合成纖維包括芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維和PBO纖維等。芳綸1313阻燃性能優(yōu)良，用于飛機(jī)和火箭的隔熱部件；芳綸1414高強(qiáng)高模，適用于高強(qiáng)度降落傘和飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料。超高分子量聚乙烯纖維的比強(qiáng)度和比模量居世界已知特種纖維之首，且電磁波透射率優(yōu)異、介電常數(shù)低，常用于飛機(jī)翼尖結(jié)構(gòu)、減速降落傘和特種纜繩。聚酰亞胺纖維力學(xué)強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、阻燃性和耐紫外輻射性突出，廣泛應(yīng)用于航天器、衛(wèi)星天線和空間飛行器。PBO纖維在力學(xué)、耐熱、阻燃性能上表現(xiàn)優(yōu)異，國產(chǎn)PBO纖維已成功應(yīng)用于航空拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄器殼體制造。

（3）金屬纖維材料

得益于生產(chǎn)及加工工藝的提升，金屬纖維材料應(yīng)用日益廣泛。鎢絲熔點(diǎn)和強(qiáng)度極高，用于宇宙飛船發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片，近年也被開發(fā)用于衛(wèi)星天線。不銹鋼纖維具備耐高溫、耐腐蝕、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱等性能，適用于低成本電磁屏蔽和抗靜電場(chǎng)景。鍍金鉬絲是柔性經(jīng)編金屬網(wǎng)反射面的關(guān)鍵材料，國內(nèi)已實(shí)現(xiàn)直徑15～30μm極細(xì)鍍金鉬絲的制備和批量生產(chǎn)。

紡織結(jié)構(gòu)分類

航空航天用紡織品的紡織結(jié)構(gòu)主要分為二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)，均通過與基體材料復(fù)合形成復(fù)合材料，適配不同部件的使用需求。

（1）二維結(jié)構(gòu)

二維結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由機(jī)織物、針織物或非織造布與基體材料復(fù)合而成。機(jī)織物強(qiáng)度高、延展率低，常見平紋或斜紋組織結(jié)構(gòu)，需經(jīng)鋪層形成層壓板使用。針織分為緯編和經(jīng)編，緯編織物拉伸性能較好，經(jīng)編織物抗拉強(qiáng)度高、不易脫散，是柔性金屬網(wǎng)反射面的主要結(jié)構(gòu)。非織造布纖維排布隨機(jī)，抗拉強(qiáng)度較低，在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用有限。

（2）三維結(jié)構(gòu)

三維結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由纖維在三維空間相互交織形成整體后，再與基體材料復(fù)合而成，制備技術(shù)包括三維編織、三維機(jī)織、三維針織和三維非織造等。三維編織織物抗層間分層能力強(qiáng)、整體性好，常用于飛機(jī)關(guān)鍵部件、衛(wèi)星柔性太陽能電池板、天線罩和雷達(dá)罩等結(jié)構(gòu)材料。三維機(jī)織技術(shù)可一次織成異形結(jié)構(gòu)和間隔織物，適用于導(dǎo)彈外殼、充氣天線、充氣太空艙、天線罩和整流罩等部件。三維針織技術(shù)可制備多軸向織物和間隔織物，多軸向經(jīng)編織物抗拉強(qiáng)度高、抗分層能力強(qiáng)，常用于太陽翼、天線、空間光學(xué)遙感器等航天器大型次級(jí)結(jié)構(gòu)和機(jī)身蒙皮。三維非織造織物質(zhì)量輕、蓬松多孔，由疊層針刺技術(shù)制得的無機(jī)纖維氈（如玻璃纖維、石英纖維、碳化硅纖維等）常用作隔熱材料。

應(yīng)用范圍分類

航空航天用紡織品的應(yīng)用范圍清晰劃分為航空領(lǐng)域和航天領(lǐng)域，覆蓋軍用、民用及太空探索等多個(gè)場(chǎng)景。

（1）航空領(lǐng)域

軍用和民用大飛機(jī)是航空紡織品的核心應(yīng)用場(chǎng)景。軍用航空紡織品包括機(jī)翼、機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)，垂尾、平尾等次承力結(jié)構(gòu)，以及艙門、整流罩等關(guān)鍵部件的航空器結(jié)構(gòu)材料；同時(shí)涵蓋降落傘、防護(hù)裝備、繩纜網(wǎng)等救生防護(hù)產(chǎn)品，以及武器導(dǎo)彈存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)材料。在民用領(lǐng)域，隨著C919大飛機(jī)批產(chǎn)和全面國產(chǎn)化加速，高性能纖維復(fù)合材料在飛機(jī)制造和配套充氣救生裝備中的應(yīng)用日益廣泛，產(chǎn)品全國產(chǎn)化需求迫切。

（2）航天領(lǐng)域

高性能纖維復(fù)合材料在航天器制造及宇航員太空生活中發(fā)揮重要作用。碳纖維、玻璃纖維和碳化硅纖維等材料廣泛應(yīng)用于航天器結(jié)構(gòu)材料和防熱材料，例如經(jīng)編技術(shù)織造的半剛性玻璃纖維網(wǎng)太陽能電池帆板、星載大型可展開柔性反射面天線等。此外，紡織品也是航天服、太空艙等宇航員太空生活及實(shí)驗(yàn)的重要載體，石墨烯纖維復(fù)合織物可優(yōu)化航天服的導(dǎo)熱性與防護(hù)性，氣凝膠纖維制成的隔熱毯則為航天器防熱和關(guān)鍵部件保溫提供關(guān)鍵支撐。

來源：山東稀有高科先進(jìn)技術(shù)研究院