探索航空航天新材料：高性能紡織品的應用與前景

航空航天用紡織品是指專門用于飛機、火箭、衛星等航空航天器材制造的紡織材料。隨著航空航天產業的飛速發展和國際空天日益加劇的競爭環境，各類太空探索任務、軍用航空器和民用飛機等正對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域的重要材料，不僅需要高比強度，輕量化，耐各種深空極端環境如強射線、原子氧、強粒子流沖擊及高低溫循環等，還要求其具備功能化、智能化、可設計性等特點。

航空航天用紡織品纖維材料來源廣泛、結構多樣且應用場景豐富，主要可按原料類型、紡織結構及應用范圍三大維度劃分，其性能適配航空航天領域的嚴苛要求，成為該領域發展的重要支撐。

原料分類

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

（1）無機非金屬纖維材料

這類材料是航空航天領域的核心用材，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 力學性能優異，兼具高強高模、導電導熱、輕質、耐高溫耐腐蝕等特性，是國防建設和國民經濟發展的重要戰略性材料，廣泛用于復合材料或增強材料制備。

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1700℃，且介電常數和介質損耗系數表現優異，常作為透波復合材料增強體用于天線罩。

玄武巖纖維 是新型無機環保高性能材料，強度高且具備電絕緣、耐腐蝕、耐高溫等性能，主要用作導彈、火箭、衛星等的隔熱材料。碳化硅纖維是理想的耐高溫、增強和隱身材料，可用于承受1200℃高溫及復雜應力的飛機發動機葉片。

氧化鋁纖維 作為高溫絕熱材料，長期應用于機頭前緣、側艙蓋、機翼、垂直穩定器和航天飛機主發動機等部件的隔熱罩。

石墨烯纖維 其導電導熱特性可高效提升航天器散熱效率，高強度與柔性結合的優勢能增強復合材料結構穩定性，在航天器柔性導電織物、纖維增強復合材料、電磁屏蔽布及高靈敏度傳感織物等場景中應用潛力巨大。

氣凝膠纖維 作為航空航天領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的防熱層、飛機機艙內壁隔熱毯、衛星關鍵部件保溫套，也可作為輕質填充纖維融入復合材料，在減輕裝備自重的同時實現高效保溫。

（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阻燃性能優良，用于飛機和火箭的隔熱部件；芳綸1414高強高模，適用于高強度降落傘和飛機結構材料。超高分子量聚乙烯纖維的比強度和比模量居世界已知特種纖維之首，且電磁波透射率優異、介電常數低，常用于飛機翼尖結構、減速降落傘和特種纜繩。聚酰亞胺纖維力學強度、熱穩定性、阻燃性和耐紫外輻射性突出，廣泛應用于航天器、衛星天線和空間飛行器。PBO纖維在力學、耐熱、阻燃性能上表現優異，國產PBO纖維已成功應用于航空拋放式飛行數據記錄器殼體制造。

（3）金屬纖維材料

得益于生產及加工工藝的提升，金屬纖維材料應用日益廣泛。鎢絲熔點和強度極高，用于宇宙飛船發動機、火箭發動機渦輪葉片，近年也被開發用于衛星天線。不銹鋼纖維具備耐高溫、耐腐蝕、高導電、高導熱等性能，適用于低成本電磁屏蔽和抗靜電場景。鍍金鉬絲是柔性經編金屬網反射面的關鍵材料，國內已實現直徑15～30μm極細鍍金鉬絲的制備和批量生產。

紡織結構分類

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

（1）二維結構

二維結構復合材料由機織物、針織物或非織造布與基體材料復合而成。機織物強度高、延展率低，常見平紋或斜紋組織結構，需經鋪層形成層壓板使用。針織分為緯編和經編，緯編織物拉伸性能較好，經編織物抗拉強度高、不易脫散，是柔性金屬網反射面的主要結構。非織造布纖維排布隨機，抗拉強度較低，在航空航天領域應用有限。

（2）三維結構

三維結構復合材料由纖維在三維空間相互交織形成整體后，再與基體材料復合而成，制備技術包括三維編織、三維機織、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、整體性好，常用于飛機關鍵部件、衛星柔性太陽能電池板、天線罩和雷達罩等結構材料。三維機織技術可一次織成異形結構和間隔織物，適用于導彈外殼、充氣天線、充氣太空艙、天線罩和整流罩等部件。三維針織技術可制備多軸向織物和間隔織物，多軸向經編織物抗拉強度高、抗分層能力強，常用于太陽翼、天線、空間光學遙感器等航天器大型次級結構和機身蒙皮。三維非織造織物質量輕、蓬松多孔，由疊層針刺技術制得的無機纖維氈（如玻璃纖維、石英纖維、碳化硅纖維等）常用作隔熱材料。

應用范圍分類

航空航天用紡織品的應用范圍清晰劃分為航空領域和航天領域，覆蓋軍用、民用及太空探索等多個場景。

（1）航空領域

軍用和民用大飛機是航空紡織品的核心應用場景。軍用航空紡織品包括機翼、機身等主承力結構，垂尾、平尾等次承力結構，以及艙門、整流罩等關鍵部件的航空器結構材料；同時涵蓋降落傘、防護裝備、繩纜網等救生防護產品，以及武器導彈存儲結構材料。在民用領域，隨著C919大飛機批產和全面國產化加速，高性能纖維復合材料在飛機制造和配套充氣救生裝備中的應用日益廣泛，產品全國產化需求迫切。

（2）航天領域

高性能纖維復合材料在航天器制造及宇航員太空生活中發揮重要作用。碳纖維、玻璃纖維和碳化硅纖維等材料廣泛應用于航天器結構材料和防熱材料，例如經編技術織造的半剛性玻璃纖維網太陽能電池帆板、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驗的重要載體，石墨烯纖維復合織物可優化航天服的導熱性與防護性，氣凝膠纖維制成的隔熱毯則為航天器防熱和關鍵部件保溫提供關鍵支撐。

來源：山東稀有高科先進技術研究院