宁波材料所在M55J级高强高模碳纤维国产化制备技术领域取得突破

“中国化纤协会·恒逸基金”优秀学术论文竞赛对科研成果的原创性要求较高,评选时也以未公开发表论文为主。2018年征文活动共收到参评论文227篇。征集论文经过初评、小组推选、集中评议等过程对学术论文进行严格筛选,最后提请蒋士成、孙晋良、姚穆、俞建勇等中国工程院院士进行评价,评出了特等奖1篇、一等奖7篇、二等奖24篇。经最终评选,宁波材料所特种纤维事业部在M60J级高强高模碳纤维领域最新研究进展文章获得优秀学术论文一等奖(在7篇一等奖中排序第1)。专家组推荐意见指出“M60J超高强、超高模PAN基碳纤维是国防军工急需的战略材料,……该研究所在国内率先研制出M60J等级碳纤维,而且其模量指标达到了593GPa,比东丽公司已商品化的M60J级碳纤维模量要高……论文对结构与碳纤维力学性能关系做了详细研究,工作细致,总结能力强,建议评为一等奖”。

1月28日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所特种纤维事业部在高强高模碳纤维国产化制备技术领域取得突破,制备得到的高性能碳纤维拉伸强度为4.86GPa、拉伸模量为541GPa,在模量达到国外同类产品性能的同时,拉伸强度远优于国外产品,从而打破了国外在该领域的垄断并填补了国内技术空白。

2018年3月,宁波材料所特种纤维事业部在高强高模碳纤维研制领域取得进展,制备得到拉伸强度5.24GPa、拉伸模量593GPa的高强高模碳纤维,在国内率先实现M60J级高强高模制备技术突破。此后,特种纤维事业部针对该型碳纤维的构效关联性进行了详细研究,经过系统归纳与总结,自M60J技术突破以来,特种纤维事业部已在高强高模碳纤维领域申请中国发明专利5项、实用新型2项,并在国内外核心期刊发表数篇较具影响力文章。

高强高模碳纤维又称为石墨纤维,与传统高强碳纤维相比,其含碳量高达99%以上,且具有更高的模量。此外,还具有热膨胀系数低、导电性高、热稳定性好、尺寸稳定等优点,在宇宙飞行器及航空航天等领域作为关键材料得到应用。一直以来,高强高模碳纤维的核心制备技术被国外少数几家公司垄断,如日本东丽公司除拥有成熟的T800、T1000等高强中模级碳纤维产品外,还拥有M40J、M50J、M55J、M60J等高强高模级碳纤维产品。鉴于高强高模碳纤维在国防领域的重要意义,其制备技术一直对国内封锁,而其产品也对国内禁运。

6月22日,中国化纤科技大会在河南平顶山召开,来自化学纤维领域的专家、学者、科研骨干、企业代表等400余人参加会议,会上公布了2018年度“中国化学纤维工业协会·恒逸基金”优秀学术论文获奖名单,中国科学院宁波材料技术与工程研究所特种纤维事业部在M60J级高强高模碳纤维领域的最新研究文章获得优秀学术论文一等奖。

国产M55J级高强高模碳纤维虽然在主体性能上达到甚至超过了国外同类产品,但高级工程师张永刚认为目前仍需要解决M55J级国产碳纤维的稳定化生产及复合材料加工时纤维与基体匹配性等问题。为此,在未来工作中,王雪飞、钱鑫将分别针对高强高模碳纤维结构及性能稳定化、纤维表面结构设计与复合材料性能相关性等领域开展研究工作。

宁波材料所特种纤维事业部成立于2008年,成立伊始便以高性能碳纤维作为研制目标,依托国家发改委碳纤维制备技术国家工程实验室、国家发改委碳纤维检测表征平台等先后突破了高强中模碳纤维中试及工程化技术。2014年年底,事业部开始高强高模碳纤维的研制工作,于2015年5月成功制备得到M50J级高强高模碳纤维,经过航空、航天、核能等单位检测,拉伸强度及拉伸模量分别高达5.12GPa、475GPa,该性能达到甚至超过了国外同类产品,随后进行了连续稳定化的生产。2015年年底,事业部开展了更高一级M55J级高强高模碳纤维研制工作,并于2016年1月底成功实现其制备技术突破。目前,宁波材料所已经具备M40J、M46J、M50J级产品连续稳定生产能力,并形成了M55J级高强高模碳纤维制备技术。

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