探索航空航天新材料：高性能纺织品的应用与前景

航空航天用纺织品是指专门用于飞机、火箭、卫星等航空航天器材制造的纺织材料。随着航空航天产业的飞速发展和国际空天日益加剧的竞争环境，各类太空探索任务、军用航空器和民用飞机等正对纺织材料提出更多的需求和更高的要求。新型航空航天用纺织品作为该领域的重要材料，不仅需要高比强度，轻量化，耐各种深空极端环境如强射线、原子氧、强粒子流冲击及高低温循环等，还要求其具备功能化、智能化、可设计性等特点。

航空航天用纺织品纤维材料来源广泛、结构多样且应用场景丰富，主要可按原料类型、纺织结构及应用范围三大维度划分，其性能适配航空航天领域的严苛要求，成为该领域发展的重要支撑。

原料分类

随着航空航天技术的快速迭代，天然纤维已难以满足性能需求，无机非金属纤维材料、高性能合成纤维材料与金属纤维材料成为主流应用方向，石墨烯、气凝胶等新型材料也凭借独特性能逐步崭露头角。

（1）无机非金属纤维材料

这类材料是航空航天领域的核心用材，涵盖碳纤维、石英纤维、玄武岩纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、石墨烯纤维、气凝胶纤维等。

碳纤维 力学性能优异，兼具高强高模、导电导热、轻质、耐高温耐腐蚀等特性，是国防建设和国民经济发展的重要战略性材料，广泛用于复合材料或增强材料制备。

石英纤维 由高纯二氧化硅石英石高温熔融拉制而成，丝径1～15μm，耐温性良好，1050℃下可长期使用，最高承受温度达1700℃，且介电常数和介质损耗系数表现优异，常作为透波复合材料增强体用于天线罩。

玄武岩纤维 是新型无机环保高性能材料，强度高且具备电绝缘、耐腐蚀、耐高温等性能，主要用作导弹、火箭、卫星等的隔热材料。碳化硅纤维是理想的耐高温、增强和隐身材料，可用于承受1200℃高温及复杂应力的飞机发动机叶片。

氧化铝纤维 作为高温绝热材料，长期应用于机头前缘、侧舱盖、机翼、垂直稳定器和航天飞机主发动机等部件的隔热罩。

石墨烯纤维 其导电导热特性可高效提升航天器散热效率，高强度与柔性结合的优势能增强复合材料结构稳定性，在航天器柔性导电织物、纤维增强复合材料、电磁屏蔽布及高灵敏度传感织物等场景中应用潜力巨大。

气凝胶纤维 作为航空航天领域的高端柔性隔热材料，可加工成隔热织物用于航天器再入大气层时的防热层、飞机机舱内壁隔热毯、卫星关键部件保温套，也可作为轻质填充纤维融入复合材料，在减轻装备自重的同时实现高效保温。

（2）合成纤维材料

高性能合成纤维包括芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维和PBO纤维等。芳纶1313阻燃性能优良，用于飞机和火箭的隔热部件；芳纶1414高强高模，适用于高强度降落伞和飞机结构材料。超高分子量聚乙烯纤维的比强度和比模量居世界已知特种纤维之首，且电磁波透射率优异、介电常数低，常用于飞机翼尖结构、减速降落伞和特种缆绳。聚酰亚胺纤维力学强度、热稳定性、阻燃性和耐紫外辐射性突出，广泛应用于航天器、卫星天线和空间飞行器。PBO纤维在力学、耐热、阻燃性能上表现优异，国产PBO纤维已成功应用于航空抛放式飞行数据记录器壳体制造。

（3）金属纤维材料

得益于生产及加工工艺的提升，金属纤维材料应用日益广泛。钨丝熔点和强度极高，用于宇宙飞船发动机、火箭发动机涡轮叶片，近年也被开发用于卫星天线。不锈钢纤维具备耐高温、耐腐蚀、高导电、高导热等性能，适用于低成本电磁屏蔽和抗静电场景。镀金钼丝是柔性经编金属网反射面的关键材料，国内已实现直径15～30μm极细镀金钼丝的制备和批量生产。

纺织结构分类

航空航天用纺织品的纺织结构主要分为二维结构和三维结构，均通过与基体材料复合形成复合材料，适配不同部件的使用需求。

（1）二维结构

二维结构复合材料由机织物、针织物或非织造布与基体材料复合而成。机织物强度高、延展率低，常见平纹或斜纹组织结构，需经铺层形成层压板使用。针织分为纬编和经编，纬编织物拉伸性能较好，经编织物抗拉强度高、不易脱散，是柔性金属网反射面的主要结构。非织造布纤维排布随机，抗拉强度较低，在航空航天领域应用有限。

（2）三维结构

三维结构复合材料由纤维在三维空间相互交织形成整体后，再与基体材料复合而成，制备技术包括三维编织、三维机织、三维针织和三维非织造等。三维编织织物抗层间分层能力强、整体性好，常用于飞机关键部件、卫星柔性太阳能电池板、天线罩和雷达罩等结构材料。三维机织技术可一次织成异形结构和间隔织物，适用于导弹外壳、充气天线、充气太空舱、天线罩和整流罩等部件。三维针织技术可制备多轴向织物和间隔织物，多轴向经编织物抗拉强度高、抗分层能力强，常用于太阳翼、天线、空间光学遥感器等航天器大型次级结构和机身蒙皮。三维非织造织物质量轻、蓬松多孔，由叠层针刺技术制得的无机纤维毡（如玻璃纤维、石英纤维、碳化硅纤维等）常用作隔热材料。

应用范围分类

航空航天用纺织品的应用范围清晰划分为航空领域和航天领域，覆盖军用、民用及太空探索等多个场景。

（1）航空领域

军用和民用大飞机是航空纺织品的核心应用场景。军用航空纺织品包括机翼、机身等主承力结构，垂尾、平尾等次承力结构，以及舱门、整流罩等关键部件的航空器结构材料；同时涵盖降落伞、防护装备、绳缆网等救生防护产品，以及武器导弹存储结构材料。在民用领域，随着C919大飞机批产和全面国产化加速，高性能纤维复合材料在飞机制造和配套充气救生装备中的应用日益广泛，产品全国产化需求迫切。

（2）航天领域

高性能纤维复合材料在航天器制造及宇航员太空生活中发挥重要作用。碳纤维、玻璃纤维和碳化硅纤维等材料广泛应用于航天器结构材料和防热材料，例如经编技术织造的半刚性玻璃纤维网太阳能电池帆板、星载大型可展开柔性反射面天线等。此外，纺织品也是航天服、太空舱等宇航员太空生活及实验的重要载体，石墨烯纤维复合织物可优化航天服的导热性与防护性，气凝胶纤维制成的隔热毯则为航天器防热和关键部件保温提供关键支撑。

来源：山东稀有高科先进技术研究院