随着社会经济高速发展和人类生活水平的极大提高，人们对生活质量要求也越来越高，而高质量的生活依赖于材料的革新与应用。碳纤维、芳纶与超高分子量聚乙烯纤维这三大超强纤维的出现不仅使现代人能够重温当年“千里走单骑”的豪迈，更使得普通人遨游太空变为可能。它们正在21世纪国民经济的各个领域中发挥着特有的奇异性能——超高强度和韧度、耐压、耐高温、阻燃、抗辐射等。
2.1千里单骑之谜
近年来，山地自行车因其优越的骑行性能而风靡全国各大都市，现代驴友们仅靠一辆山地自行车，竟能日行近250千米，经常穿梭于都市与都市或都市与景区之间。其中，有什么奥秘呢？难道他们真的个个意志力超强？体能不同凡响？为此，对驴友们展开了调查，结果发现，驴友们使用的山地自行车不同于传统山地自行车，它们不仅质量轻（如，一辆二八型山地自行车不足10千克），而且强度高（车架抗外界冲击强度相当于传统山地车的3～5倍），同时整个车架一次成型，比传统山地车更适合崎岖道路。那么，现代山地自行车究竟使用了何种材料使得其质量轻、强度高呢？众所周知，随着对自行车高强度和轻量的追求，自行车材料经历了铁→铬钼钢→铝/碳合金→钛合金→碳纤维的发展过程。目前，山地自行车车架、轮毂的材料均为碳纤维。
2.1.1碳纤维材料简介
本书主要讲述的是衣橱里的大世界、顽强不屈构筑现代生活、房屋新蓝图、纯水世界的卫士、令人惊奇的高分子功能材料、美丽自信的动力、把光辉与坚强带给世界、没有生命，却懂人情等。
碳纤维材料是目前人们谈论最多的一种先进材料，“轻，硬，弹，型”已经成为其代名词。但是许多人对碳纤维的认识模糊不清，仅仅停留在其名字上。
碳纤维的微观结构碳纤维是由有机纤维经炭化及石墨化处理而得到碳含量大于90%的微晶石墨材料，其微观结构为乱层石墨结构；其中，碳含量大于99%的纤维又称“石墨纤维”。显然，碳纤维属于无机高分子纤维。
按照碳纤维的轴向强度和模量，可将其分为通用型（强度约1000兆帕、模量约100吉帕）、高强型（强度2000兆帕、模量250吉帕）和高模型（模量大于300吉帕）三个类型。其中，高强和高模型碳纤维又称为高性能碳纤维。当碳纤维强度大于4000兆帕时，又称为超高强型碳纤维；模量大于450吉帕的称为超高模型碳纤维。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2%。
2顽强不屈构筑现代生活碳纤维具有四大优势：第一，质轻（同样体积时，其质量仅为钢材质量的20%～25%）；第二，坚硬（硬度相当于钢材的6～7倍，铝合金的10倍以上）；第三，弹性大（达到或超过钢材弹性）；第四，造型多变（碳纤维的碳含量非常高，可进行多造型的加工）。显然，碳纤维是山地自行车的车架与轮毂的最佳材料。但是值得注意的是，碳纤维抗冲击性能相对较弱，容易损伤，特别是在强酸作用下会发生氧化，因此，常常将碳纤维用作增强复合材料，这样不仅避免单独使用碳纤维时抗冲击强度低、容易损伤等缺点，而且大大提高其抗拉强度与比模量。
除了用于自行车车架与轮毂材料之外，碳纤维还可以用于其他生活用品制造。这是由于碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性（如在有机溶剂、酸、碱中均不溶不胀，耐蚀性出类拔萃），兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，这些可用于制作一些碳纤维布等柔软性用品，如各种织物、毡、席、带、纸等。
碳纤维加入到混凝土、金属、各类树脂、陶瓷等材料中可构成复合材料，可用作飞机结构、火箭外壳、汽车板簧、机动船驱动轴、电磁屏蔽除电、工业机器人等材料，还可用作人工韧带等身体代用材料。随着碳纤维生产技术的改进，已经可以使用长纤碳纤维制作国家电网电缆了。
2.1.2碳纤维的发展历史
早在19世纪末，人们已经开始使用碳纤维，例如，爱迪生发明白炽灯的灯丝就是碳纤维。然而，直到1959年，从美国研制出名为“Hyfil Thomel”的纤维素基碳纤维开始，碳纤维才作为一种新兴行业进入到一个蓬勃发展阶段。20世纪60年代，日本与英国先后研制出聚丙烯腈（PAN）基碳纤维。随后，日本群马大学又试制出以沥青或木质素为原料的通用型碳纤维。1976年美国建成高性能碳纤维生产装置。
我国在该领域的进展非常缓慢，成绩平平。直到2004年，当意识到碳纤维对现代国民经济的影响越来越大时，才由安徽华皖碳纤维公司率先引进了500吨/年原丝与200吨/年PAN基碳纤维生产设备，随后，一些厂家相继进行碳纤维生产。但是整体上讲，生产规模较小，碳纤维质量较差，仅相当于日本T300水平，日本已经具有T700水平（T300和T700是碳纤维的品级，通常以抗拉伸强度为衡量标准）。因此，我国技术人员正在努力研究，据报道，中复神鹰碳纤维有限公司已经研制出T700碳纤维，估计不久后将能工业化生产。在此特别值得一提的是，中国科学院化学研究所制定了国内第一份碳纤维及其原丝微观结构表征国家标准，为碳纤维及其原丝内部微缺陷的演化过程研究奠定了基础。该项目成果已成功应用于T700级碳纤维吨级生产试验线。
碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型材料，也属于政治敏感性关键材料。目前，全球碳纤维年产量已达4万吨，生产技术领先的美、日、韩对我国至今仍然采用技术封锁，日、韩、德等国对我国碳纤维材料及制品的出口相当谨慎，只有为数很少的中国企业能够与其建立合作关系，拥有其产品的进口渠道，但原丝生产技术（原丝占总成本的50%～65%，制约着碳纤维的生产成本和市场竞争能力）仍然掌控在日本、美国、德国、韩国等少数企业手中，对我国处于半封锁状态，这些严重制约我国碳纤维事业的发展。因此，除了国人自力更生发展碳纤维工业外，别无选择。
2.2防患于未“燃”
在社会生活高速运转的今天，人们要增强人身财产安全防护意识，特别是防火灾意识，否则可能造成不可挽回的损失。据报道，2000年3月，因电热器引燃沙发、墙纸，河南焦作天堂录像厅发生火灾，死亡近百人，直接经济损失百万元；同年12月，因焊渣引燃绒布、海绵床垫，洛阳东都商厦发生大火，死数百人，直接财产损失200多万元；2010年11月，因电焊产生的电火花引燃尼龙防护网、竹片踏板等建筑材料，上海静安区发生重大火灾，死亡几十人，仅房产损失约数亿元。这些血淋淋的案例让我们在提高防火意识的同时，开始寻找生活中易燃物的替代品。目前人们已经研制出可用于防火阻燃的纤维材料，可用于制作防火毯类的物品。
常见的防火毯具有紧密的组织结构和耐高温性，能很好地保护物体远离热力及火花区，并彻底阻止燃烧或隔离燃烧。防火毯的厚度仅为1.0毫米，耐高温达到550℃。而且防火毯柔软具有韧性，是包扎表面凹凸不平物体和设备的理想选择，还可替代耐火温度低的防火织物，是一种较为经济的阻火层和挡火帘。
在我们日常所接触的特定场合中，需要配置防火毯，如厨房、客厅、卧室，以及医院、学校、油库、加油站、办公室、宾馆饭店、图书馆、歌厅等场所，以备紧急扑灭火源，迅速逃生。也用于气焊，气割等动火施工现场，对其周围易燃易爆物品的覆盖隔离。
在防火毯材质中，常用的一类优秀新型材料为芳纶纤维，又称芳纶，它是一种高强度、高模量、低密度和耐磨性好的有机合成的高科技纤维，化学全称是芳香族聚酰胺纤维，其中至少有85%的酰胺键（—CONH—）直接与两个芳香环相连。
2.2.1芳纶的类型
芳纶包括Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ三种类型。其中，芳纶Ⅰ型为一个单体自缩合而成，芳纶Ⅱ型为两个不同单体缩合而成，芳纶Ⅲ型则为三个不同单体缩合而成。例如，对、间与邻氨基苯甲酸的自缩合分别形成芳纶14、芳纶13与芳纶12，注意，这里的数字14、13与12分别表示氨基与羧基的相对位置分别为对位、间位和邻位。又如，对、间与邻苯二甲酸分别与对、间与邻苯二胺进行缩合则形成芳纶1x1y（x=4，3，2；y=4，3，2）。
芳纶Ⅰ型的形成过程纶Ⅱ型的形成过程显然，形成芳纶Ⅲ型过程中，除了苯二甲酸和苯二胺等常见结构单元外，还需要加入第三结构单元［如4，4’-二氨基二苯醚、5（6）-胺基-2-（4-胺基苯基）苯并咪唑等］。当第三单元为杂环结构时，得到杂环芳纶。目前。随着制备分离技术提高，高性能芳纶纤维种类越来越多，如PBO（聚对苯撑苯并双唑）纤维等。
芳纶Ⅰ型的性能取决于单体纯度、聚合度与聚合物空间排列；芳纶Ⅱ型的性能除了与上述因素有关外，还与缩合位置有很大关系，例如，只有全间位芳纶纤维（PMIA，即芳纶1313）与全对位芳纶纤维（PPTA，即芳纶1414）才具有高强、高模、耐热与抗酸碱腐蚀等突出特点，相比之下，全邻位芳纶纤维（芳纶1212）的上述性能却相对较差。因此，通常高性能芳纶Ⅱ型一般指的是全对位芳纶（芳纶1414）与全间位芳纶（芳纶1313）。市场上的Kevlar纤维、Nomex纤维分别为芳纶1414与芳纶1313的典型代表，而Korex纤维则是芳纶1212。
2.2.2芳纶纤维的广阔前景
（1）常见芳纶纤维的优异特性