寧波材料所突破M65J級(jí)高強(qiáng)高模碳纖維制備技術(shù)

　　近期，中科院寧波材料所宣布，在國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)高模碳纖維制備技術(shù)領(lǐng)域再次實(shí)現(xiàn)了重大突破，成功研制出CNI QM65(M65J級(jí))高強(qiáng)高模碳纖維，并形成了國(guó)產(chǎn)M65J級(jí)碳纖維小批量制備能力。

　　高強(qiáng)高模碳纖維具有拉伸模量高、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定等系列優(yōu)點(diǎn)，依靠其獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢(shì)，成為宇宙飛行器及航空航天等領(lǐng)域關(guān)鍵原材料。

　　目前，國(guó)外的PAN基高強(qiáng)高模碳纖維中，拉伸模量最高的兩款型號(hào)產(chǎn)品分別是：日本東麗研發(fā)生產(chǎn)的M65J碳纖維，其拉伸模量為640GPa，拉伸強(qiáng)度為3.50GPa，以及日本帝人公司研發(fā)生產(chǎn)的UM68碳纖維，其拉伸模量為650GPa，拉伸強(qiáng)度為3.33GPa。

　　一名業(yè)內(nèi)人士介紹，M65J和UM68兩款碳纖維代表了當(dāng)前國(guó)際上PAN基高強(qiáng)高模碳纖維制備技術(shù)的最高水平，但是，目前都還沒(méi)有形成商業(yè)化。目前，已成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的最高模量的PAN基碳纖維是日本東麗的M60J碳纖維，其拉伸模量為588GPa。

　　從我國(guó)市場(chǎng)來(lái)看，近年來(lái)，通過(guò)多家科研院所和領(lǐng)軍企業(yè)的努力攻關(guān)，我國(guó)高強(qiáng)高模碳纖維制備技術(shù)發(fā)展較快，不斷取得新突破。

　　2016年1月，寧波材料所實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)M55J碳纖維制備技術(shù)重大突破；當(dāng)年9月，進(jìn)行了制備技術(shù)驗(yàn)證，并獲得拉伸強(qiáng)度為4.15GPa、拉伸模量為585GPa的高強(qiáng)高模碳纖維；后續(xù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)M55J高強(qiáng)高模碳纖維的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，纖維主體性能批間批內(nèi)離散系數(shù)遠(yuǎn)小于5%。

　　2018年，由北京化工大學(xué)碳纖維工程技術(shù)研究中心聯(lián)合威海拓展纖維有限公司、航天材料及工藝研究所和北京衛(wèi)星制造廠有限公司承擔(dān)的科技部863項(xiàng)目“聚丙烯腈碳纖維石墨化關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目成功通過(guò)了驗(yàn)收。該項(xiàng)目歷經(jīng)3年協(xié)同攻關(guān)，攻克了纖維制備關(guān)鍵技術(shù)、纖維性能表征技術(shù)、纖維應(yīng)用技術(shù)和碳纖維高溫石墨化設(shè)備設(shè)計(jì)制備技術(shù)，研發(fā)出的碳纖維及其復(fù)合材料性能指標(biāo)與進(jìn)口M55J碳纖維相當(dāng)。

　　此次突破標(biāo)志著我國(guó)QM4055(M55J級(jí))高強(qiáng)高模型碳纖維材料實(shí)現(xiàn)了從工藝到裝備的完全國(guó)產(chǎn)化制備，提高了我國(guó)航天應(yīng)用領(lǐng)域?qū)υ摳邚?qiáng)高模級(jí)別碳纖維的自主保障能力。由此，威海拓展纖維有限公司也具備了QM4055(M55J級(jí))高強(qiáng)高模碳纖維的工程化生產(chǎn)能力。

　　“M55J級(jí)制備技術(shù)和工程化技術(shù)的突破，引起了日本相關(guān)企業(yè)的高度關(guān)注。一家日本企業(yè)的有關(guān)負(fù)責(zé)人，在業(yè)內(nèi)打聽(tīng)相關(guān)情況。”一名碳纖維從業(yè)者說(shuō)。

　　在此基礎(chǔ)上，我國(guó)相關(guān)科研院所和龍頭企業(yè)的技術(shù)攻關(guān)和突破步伐并沒(méi)有停歇。

　　2018年3月，寧波材料所成功實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)M60J級(jí)高強(qiáng)高模碳纖維關(guān)鍵制備技術(shù)突破，產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空白。“經(jīng)過(guò)近兩年的努力，目前，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)M60J級(jí)高強(qiáng)高模碳纖維的小批量穩(wěn)定制備。”寧波材料所在其官方微信公眾號(hào)平臺(tái)這樣披露。

　　今年1月，寧波材料所實(shí)現(xiàn)拉伸模量為610GPa的高強(qiáng)高模碳纖維小批量穩(wěn)定制備。為攻關(guān)更高級(jí)別產(chǎn)品，該所著重從纖維微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與可控調(diào)控出發(fā)，先后突破高品質(zhì)原絲可控成型、石墨化微晶結(jié)構(gòu)可控增長(zhǎng)、高效表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)控等系列化關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CNI QM65(M65J級(jí))高強(qiáng)高模碳纖維制備技術(shù)突破。

　　該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)4家專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試，纖維模量均穩(wěn)定地超過(guò)630GPa，拉伸模量最高達(dá)639GPa。

　　其中，來(lái)自北京化工大學(xué)的檢測(cè)報(bào)告顯示，CNI QM65(M65J級(jí))碳纖維的拉伸強(qiáng)度為3460 MPa，拉伸模量為631GPa。來(lái)自北京航空航天大學(xué)的檢測(cè)報(bào)告顯示，其拉伸強(qiáng)度為3857MPa，拉伸模量為639GPa。

　　接下來(lái)，隨著我國(guó)相關(guān)科研院所和龍頭企業(yè)在高強(qiáng)高模碳纖維制備技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步突破，以及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的突破，我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新能力和技術(shù)實(shí)力將進(jìn)一步增強(qiáng)，在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力也將再提升。

　　一名碳纖維從業(yè)者感慨：“現(xiàn)在看來(lái)，隨著在高強(qiáng)高模領(lǐng)域陸續(xù)突破，我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)也將迎來(lái)由‘長(zhǎng)期跟跑’到‘與國(guó)際并跑’階段。”