2023年11月9日，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)在江蘇省丹陽市組織召開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(dān)的“超高強(qiáng)高模碳纖維（HF55M）工程化關(guān)鍵制備技術(shù)”項(xiàng)目鑒定會(huì)，鑒定委員會(huì)認(rèn)為項(xiàng)目成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。

項(xiàng)目研究背景

高模量碳纖維又稱石墨纖維，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(dú)特的軍民兩用工業(yè)材料。高強(qiáng)高模碳纖維具有高比模量、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星和航天器主體結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)和防護(hù)結(jié)構(gòu)等不可替代的關(guān)鍵材料。目前高模碳纖維廣泛應(yīng)用于航空航天、體育器材、民用高端產(chǎn)品等先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)，其中航空航天占據(jù)高模碳纖維市場份額的50%左右，高模碳纖維是各級主次結(jié)構(gòu)的核心關(guān)鍵材料，也是未來航天材料發(fā)展的重點(diǎn)。

傳統(tǒng)的高強(qiáng)型碳纖維，具有高拉伸強(qiáng)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(qiáng)度和斷裂延伸率（0.7%～1.2%）較低。高強(qiáng)高模高韌性碳纖維，兼顧前兩類碳纖維的優(yōu)點(diǎn)，要求具有高拉伸強(qiáng)度、高拉伸模量和高斷裂延伸率（≥1.5%）的特點(diǎn)，滿足高模量碳纖維應(yīng)用工藝性、提高碳纖維性能利用率、提升復(fù)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(qiáng)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(bào)道了M40X產(chǎn)品，其強(qiáng)度達(dá)5.7 GPa，模量為377 GPa，斷裂伸長率為1.51%。國外新型碳纖維的發(fā)展，不再一味追求超高拉伸強(qiáng)度，而是朝高強(qiáng)度、高模量、高延伸率“三高”方向發(fā)展，走向與應(yīng)用目標(biāo)相契合的方向。

高強(qiáng)、高模M40X等級碳纖維能夠滿足未來國防及高端裝備領(lǐng)域?qū)μ祭w維復(fù)合材料性能均衡化的要求。目前國內(nèi)尚無該纖維成熟競品，國外主要競品為東麗M40X，但目前并未大批量銷售，因此研制該款碳纖維對實(shí)現(xiàn)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(dá)國家的差距、為下一代復(fù)合材料發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)等均具有極其重要的戰(zhàn)略意義。

項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

項(xiàng)目開發(fā)了連續(xù)長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(yù)氧化碳化結(jié)構(gòu)調(diào)控與納米缺陷控制技術(shù)。結(jié)合復(fù)合式電化學(xué)表面處理工藝，研制出完整的超高強(qiáng)高模碳纖維工程化技術(shù)。

項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用情況

項(xiàng)目建成了十噸級超高強(qiáng)高模HF55M碳纖維工程化生產(chǎn)線，產(chǎn)品經(jīng)第三方檢測，碳纖維拉伸強(qiáng)度≥5800 MPa, 碳纖維拉伸模量≥377 GPa，斷裂伸長率≥1.50%，目前該款產(chǎn)品通過了多家應(yīng)用單位多批次試用，并已實(shí)現(xiàn)批量銷售，能夠滿足未來國防及高端裝備領(lǐng)域?qū)μ祭w維復(fù)合材料性能均衡化的要求，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。