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“超高强高模碳纤维(HF55M)工程化关键制备技术”项目通过鉴定

来源:CCFA 时间:2023年11月29日 点击:52

2023年11月9日,中国纺织工业联合会在江苏省丹阳市组织召开了由江苏恒神股份有限公司、中国科学院宁波材料技术与工程研究所和哈尔滨工业大学共同承担的“超高强高模碳纤维(HF55M)工程化关键制备技术”项目鉴定会,鉴定委员会认为项目成果达到国际先进水平。

项目研究背景

高模量碳纤维又称石墨纤维,是一种含碳量99%以上的高性能碳纤维,高模量碳纤维是一种性能独特的军民两用工业材料。高强高模碳纤维具有高比模量、热膨胀系数小、尺寸稳定等优点,是卫星和航天器主体结构、功能结构和防护结构等不可替代的关键材料。目前高模碳纤维广泛应用于航空航天、体育器材、民用高端产品等先进复合材料的增强,其中航空航天占据高模碳纤维市场份额的50%左右,高模碳纤维是各级主次结构的核心关键材料,也是未来航天材料发展的重点。

传统的高强型碳纤维,具有高拉伸强度和高断裂延伸率特征,但抵抗变形能力较弱;而高模型碳纤维则具有高拉伸模量,但强度和断裂延伸率(0.7%~1.2%)较低。高强高模高韧性碳纤维,兼顾前两类碳纤维的优点,要求具有高拉伸强度、高拉伸模量和高断裂延伸率(≥1.5%)的特点,满足高模量碳纤维应用工艺性、提高碳纤维性能利用率、提升复合材料拉伸性能的综合要求。

2015年,美国佐治亚理工学院于首次研制出高强高模高韧碳纤维。2018年,碳纤维行业的龙头企业之一--东丽报道了M40X产品,其强度达5.7 GPa,模量为377 GPa,断裂伸长率为1.51%。国外新型碳纤维的发展,不再一味追求超高拉伸强度,而是朝高强度、高模量、高延伸率“三高”方向发展,走向与应用目标相契合的方向。

高强、高模M40X等级碳纤维能够满足未来国防及高端装备领域对碳纤维复合材料性能均衡化的要求。目前国内尚无该纤维成熟竞品,国外主要竞品为东丽M40X,但目前并未大批量销售,因此研制该款碳纤维对实现高性能碳纤维自主可控、缩短碳纤维技术与日本等发达国家的差距、为下一代复合材料发展奠定技术基础等均具有极其重要的战略意义。

项目主要创新点

项目开发了连续长周期聚合及高分子量、窄分布聚丙烯腈纺丝原液制备技术;研发出高温高浓凝固成型技术;研制出聚丙烯腈纤维预氧化碳化结构调控与纳米缺陷控制技术。结合复合式电化学表面处理工艺,研制出完整的超高强高模碳纤维工程化技术。

项目产业化及应用情况

项目建成了十吨级超高强高模HF55M碳纤维工程化生产线,产品经第三方检测,碳纤维拉伸强度≥5800 MPa, 碳纤维拉伸模量≥377 GPa,断裂伸长率≥1.50%,目前该款产品通过了多家应用单位多批次试用,并已实现批量销售,能够满足未来国防及高端装备领域对碳纤维复合材料性能均衡化的要求,具有良好的社会和经济效益。

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