2023年11月9日,中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì )在江蘇省丹陽(yáng)市組織召開(kāi)了由江蘇恒神股份有限公司、中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所和哈爾濱工業(yè)大學(xué)共同承擔的“超高強高模碳纖維(HF55M)工程化關(guān)鍵制備技術(shù)”項目鑒定會(huì ),鑒定委員會(huì )認為項目成果達到國際先進(jìn)水平。
項目研究背景
高模量碳纖維又稱(chēng)石墨纖維,是一種含碳量99%以上的高性能碳纖維,高模量碳纖維是一種性能獨特的軍民兩用工業(yè)材料。高強高模碳纖維具有高比模量、熱膨脹系數小、尺寸穩定等優(yōu)點(diǎn),是衛星和航天器主體結構、功能結構和防護結構等不可替代的關(guān)鍵材料。目前高模碳纖維廣泛應用于航空航天、體育器材、民用高端產(chǎn)品等先進(jìn)復合材料的增強,其中航空航天占據高模碳纖維市場(chǎng)份額的50%左右,高模碳纖維是各級主次結構的核心關(guān)鍵材料,也是未來(lái)航天材料發(fā)展的重點(diǎn)。
傳統的高強型碳纖維,具有高拉伸強度和高斷裂延伸率特征,但抵抗變形能力較弱;而高模型碳纖維則具有高拉伸模量,但強度和斷裂延伸率(0.7%~1.2%)較低。高強高模高韌性碳纖維,兼顧前兩類(lèi)碳纖維的優(yōu)點(diǎn),要求具有高拉伸強度、高拉伸模量和高斷裂延伸率(≥1.5%)的特點(diǎn),滿(mǎn)足高模量碳纖維應用工藝性、提高碳纖維性能利用率、提升復合材料拉伸性能的綜合要求。
2015年,美國佐治亞理工學(xué)院于首次研制出高強高模高韌碳纖維。2018年,碳纖維行業(yè)的龍頭企業(yè)之一--東麗報道了M40X產(chǎn)品,其強度達5.7 GPa,模量為377 GPa,斷裂伸長(cháng)率為1.51%。國外新型碳纖維的發(fā)展,不再一味追求超高拉伸強度,而是朝高強度、高模量、高延伸率“三高”方向發(fā)展,走向與應用目標相契合的方向。
高強、高模M40X等級碳纖維能夠滿(mǎn)足未來(lái)國防及高端裝備領(lǐng)域對碳纖維復合材料性能均衡化的要求。目前國內尚無(wú)該纖維成熟競品,國外主要競品為東麗M40X,但目前并未大批量銷(xiāo)售,因此研制該款碳纖維對實(shí)現高性能碳纖維自主可控、縮短碳纖維技術(shù)與日本等發(fā)達國家的差距、為下一代復合材料發(fā)展奠定技術(shù)基礎等均具有極其重要的戰略意義。
項目主要創(chuàng )新點(diǎn)
項目開(kāi)發(fā)了連續長(cháng)周期聚合及高分子量、窄分布聚丙烯腈紡絲原液制備技術(shù);研發(fā)出高溫高濃凝固成型技術(shù);研制出聚丙烯腈纖維預氧化碳化結構調控與納米缺陷控制技術(shù)。結合復合式電化學(xué)表面處理工藝,研制出完整的超高強高模碳纖維工程化技術(shù)。
項目產(chǎn)業(yè)化及應用情況
項目建成了十噸級超高強高模HF55M碳纖維工程化生產(chǎn)線(xiàn),產(chǎn)品經(jīng)第三方檢測,碳纖維拉伸強度≥5800 MPa, 碳纖維拉伸模量≥377 GPa,斷裂伸長(cháng)率≥1.50%,目前該款產(chǎn)品通過(guò)了多家應用單位多批次試用,并已實(shí)現批量銷(xiāo)售,能夠滿(mǎn)足未來(lái)國防及高端裝備領(lǐng)域對碳纖維復合材料性能均衡化的要求,具有良好的社會(huì )和經(jīng)濟效益。
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