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(guó)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)。

航空航天用紡織品的纖維材料來(lái)源廣泛，結(jié)構(gòu)多樣，應(yīng)用范圍繁多。按航空航天用纖維材料來(lái)分，可以分為天然纖維材料、無(wú)機(jī)非金屬纖維材料、合成纖維材料以及金屬纖維材料等。按紡織結(jié)構(gòu)來(lái)分，可以分為二維結(jié)構(gòu)（機(jī)織物、針織物和非織造布等）和三維結(jié)構(gòu)（編織結(jié)構(gòu)、角鏈鎖結(jié)構(gòu)、多層多向機(jī)織結(jié)構(gòu)、經(jīng)編多軸向結(jié)構(gòu)、間隔織物結(jié)構(gòu)和疊層針刺結(jié)構(gòu)等）。按應(yīng)用范圍來(lái)分，可以分為航空領(lǐng)域和航天領(lǐng)域，其中，航空領(lǐng)域包括軍用（如航空器結(jié)構(gòu)材料、救生防護(hù)、武器導(dǎo)彈存儲(chǔ)及結(jié)構(gòu)材料等）和民用大飛機(jī)（如飛機(jī)制造和充氣救生裝備等）；航天領(lǐng)域包括航天器制造和宇航員太空生活及實(shí)驗(yàn)等。

原料分類

隨著航空航天技術(shù)的進(jìn)步，天然纖維的性能已難以滿足該領(lǐng)域的快速發(fā)展需求，無(wú)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在航空航天以及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

（1）無(wú)機(jī)非金屬纖維材料

常見的用于航空航天領(lǐng)域的無(wú)機(jī)非金屬纖維材料主要有碳纖維、石英纖維、玄武巖纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維等。碳纖維具有力學(xué)性能優(yōu)異、高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱、輕質(zhì)、耐高溫耐腐蝕等特性，被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料或者增強(qiáng)材料的制備，是我國(guó)國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性材料。石英纖維是由高純二氧化硅石英石經(jīng)高溫熔融后拉制而成的絲徑在 1～15μm的特種玻璃纖維絲，具有良好的耐溫性，在1050 ℃高溫環(huán)境下可以長(zhǎng)期使用，最高承受溫度可達(dá)1700 ℃。同時(shí)，石英纖維的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗系數(shù)在目前已知礦物纖維中最優(yōu)異，因此，由石英纖維制備的材料常作為透波復(fù)合材料的增強(qiáng)體，被廣泛用于天線罩材料中。玄武巖纖維是一種由二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵等氧化物組成的新型無(wú)機(jī)環(huán)保綠色高性能纖維材料，不僅強(qiáng)度高，而且還具有電絕緣、耐腐蝕、耐高溫等多種優(yōu)異性能，主要用作導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星等的隔熱材料。碳化硅纖維是最為理想的航空航天耐高溫、增強(qiáng)和隱身材料之一，可被用于飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，以承受1200 ℃的高溫環(huán)境以及復(fù)雜應(yīng)力的交互作用。氧化鋁纖維是高溫絕熱材料之一，長(zhǎng)期以來(lái)相關(guān)產(chǎn)品一直用于機(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。

玄武巖織物

（2）合成纖維材料

應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能合成纖維主要包括芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維和聚對(duì)苯撐苯并二噁唑（PBO）纖維等。芳綸1313因其良好的阻燃性能，可用于制造飛機(jī)和火箭的隔熱部件；芳綸1414具有高強(qiáng)高模，可用于高強(qiáng)度降落傘和飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料等。超高分子量聚乙烯纖維的比強(qiáng)度和比模量是目前世界上已知的最高的特種纖維，且其具有優(yōu)異的電磁波透射率和低介電常數(shù)，常用于飛機(jī)的翼尖結(jié)構(gòu)、減速降落傘和特種纜繩等方面。聚酰亞胺纖維的力學(xué)強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、阻燃性和耐紫外輻射性等優(yōu)異，在航天器、衛(wèi)星天線和空間飛行器等方面有較多的應(yīng)用。PBO纖維在力學(xué)性能、耐熱性能、阻燃性能等方面表現(xiàn)優(yōu)異，國(guó)產(chǎn)PBO纖維目前已成功應(yīng)用于航空拋放式飛行數(shù)據(jù)記錄器殼體制造。

圖片來(lái)源：泰和新材。

芳綸材料

（3）金屬纖維材料

隨著金屬纖維材料生產(chǎn)及加工工藝的提升，其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。鎢絲的熔點(diǎn)和強(qiáng)度極高，可用于宇宙飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪的葉片上，近年來(lái)，也逐漸被開發(fā)用于衛(wèi)星天線。不銹鋼纖維具有耐高溫、耐腐蝕、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱等性能，常用于低成本電磁屏蔽和抗靜電。鍍金鉬絲是柔性經(jīng)編金屬網(wǎng)反射面的關(guān)鍵材料，通過攻關(guān)合金固液摻雜及鍍層技術(shù)，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了直徑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

二維結(jié)構(gòu)復(fù)合材料通常以機(jī)織物、針織物或非織造布與基體材料復(fù)合而成；三維結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是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。

（1）二維結(jié)構(gòu)

常見的用于航空航天領(lǐng)域的無(wú)機(jī)非金屬纖維材料主要有碳纖維、石英纖維、玄武巖纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維等。碳纖維具有力學(xué)性能優(yōu)異、高強(qiáng)高模、導(dǎo)電導(dǎo)熱、輕質(zhì)、耐高溫耐腐蝕等特性，被廣溫、增強(qiáng)和隱身材料之一，可被用機(jī)織物具有強(qiáng)度高、延展率低等特點(diǎn)，常見的組織結(jié)構(gòu)為平紋或斜紋，通常需要再經(jīng)過鋪層形成層壓板進(jìn)行使用。針織分為緯編和經(jīng)編兩種形式，緯編織物的拉伸性能較好，而經(jīng)編織物的抗拉強(qiáng)度高，不易脫散，是柔性金屬網(wǎng)反射面的主要結(jié)構(gòu)。非織造布中的纖維排布隨機(jī)，抗拉強(qiáng)度較低，并不十分適合航空航天應(yīng)用。

（2）三維結(jié)構(gòu)

三維紡織成形的制備技術(shù)有三維編織、三維機(jī)織、三維針織和三維非織造等。三維編織織物具有很強(qiáng)的抗層間分層能力，整體性良好，因此飛機(jī)的關(guān)鍵部件、衛(wèi)星的柔性太陽(yáng)能電池板、天線罩和雷達(dá)罩等結(jié)構(gòu)材料常采用三維編織結(jié)構(gòu)。三維機(jī)織技術(shù)可一次織成異形結(jié)構(gòu)和間隔織物，因此可用于導(dǎo)彈的外殼、充氣天線、充氣太空艙、天線罩、整流罩和雷達(dá)罩等部件。三維針織技術(shù)可用于多軸向織物和間隔織物的制備，其中多軸向經(jīng)編織物的抗拉強(qiáng)度高，抗分層能力強(qiáng)，常被用于太陽(yáng)翼、天線和空間光學(xué)遙感器等航天器大型次級(jí)結(jié)構(gòu)和機(jī)身蒙皮等結(jié)構(gòu)。三維非織造織物通常質(zhì)量輕且蓬松多孔，利用疊層針刺技術(shù)制得的無(wú)機(jī)纖維（如玻璃纖維、石英纖維、碳化硅纖維等）氈常用于隔熱材料。

三維結(jié)構(gòu)

應(yīng)用范圍分類

（1）航空領(lǐng)域

軍用和民用大飛機(jī)是航空紡織品的重要應(yīng)用領(lǐng)域。軍用航空紡織品包括機(jī)翼和機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)、垂尾和平尾等次承力結(jié)構(gòu)以及艙門和整流罩等關(guān)鍵部件的航空器結(jié)構(gòu)材料；降落傘、防護(hù)裝備和繩纜網(wǎng)等救生防護(hù)以及武器導(dǎo)彈存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)材料等。隨著我國(guó)C919大飛機(jī)的批產(chǎn)和全面國(guó)產(chǎn)化的加速，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等大飛機(jī)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，亟需產(chǎn)品的全國(guó)產(chǎn)化。

國(guó)產(chǎn)C919客機(jī)

（2）航天領(lǐng)域

碳纖維、玻璃纖維和碳化硅纖維等高性能纖維復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航天器結(jié)構(gòu)材料和防熱材料等航天器制造部件。如采用經(jīng)編技術(shù)織造的半剛性把玻璃纖維網(wǎng)太陽(yáng)能電池帆板和星載大型可展開柔性反射面天線材料是紡織品在航天器中的典型應(yīng)用。此外，紡織品也是航天服和太空艙等宇航員的太空生活及實(shí)驗(yàn)中的重要載體。

“天宮二號(hào)”電池帆板

來(lái)源：紡織導(dǎo)報(bào)官微