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1 高模量碳纤维背景介绍 聚丙烯腈（PAN）基高模量碳纤维是指拉伸模量超过350GPa、含碳量在99%以上的一类高性能碳纤维，它具有弹性模量高、热膨胀系数小、尺寸稳定等优异性能。PAN基高模量碳纤维增强复合材料可在温度交变环境中实现零膨胀，因此成为航天飞行器、深空探测等领域的重要原材料。目前中国在轨、在研和论证中的宇航结构产品广泛使用了PAN基高模量碳纤维，它已成为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。 PAN基高模量碳纤维是在中模量碳纤维基础上经过进一步高温石墨化制备得到，石墨化过程所需温度最高可达3000℃，具有基础研发难度大、核心技术壁垒高等特点。长期以来，PAN基高模量碳纤维关键制备技术一直被国外少数碳纤维生产企业所垄断。近年来尤其是最近5年来，以日本东丽、美国Hexcel 为代表的国外企业在PAN基高模量碳纤维领域不断取得技术突破，引领着该领域技术的创新发展。 本系列文章从PAN基高模量碳纤维性能特点出发，详细介绍了国外PAN基高模量碳纤维的发展历程与最新进展，并对比概述了国内在该领域的发展现状，针对近期国内开展基础的研究工作进行了梳理和总结，最后针对目前国内在PAN基高模量碳纤维领域存在的主要问题进行了总结。本文首先介绍了国外高模量碳纤维的发展历程及最新进展。 2 日本东丽高模量碳纤维 日本东丽公司作为全球PAN基碳纤维领先制造商，在高模量碳纤维领域一直处于领先地位。1971年东丽公司在研制出T300级碳纤维基础上，经过进一步石墨化处理制备了拉伸强度2100 MPa、拉伸模量400 GPa的M40型高模量碳纤维，随后经过了10余年发展，M40型高模量碳纤维性能逐渐稳定在拉伸强度2740 MPa、拉伸模量392 GPa，随后公司又研发出了拉伸强度2450 MPa、拉伸模量490 GPa的M50型高模量碳纤维。 1980年代中期，为了适应飞机结构件强度、模量并重的需求，东丽公司开发了高强高模“MJ”系列碳纤维产品，形成了以M40J、M55J、M60J为代表的系列产品，相比于M40、M50型产品，MJ系列高模量碳纤维的拉伸强度得到优化提升，而其顶级商品之一的M60J级高模量碳纤维拉伸模量更是高达588 GPa。随后二十年里，东丽公司MJ系列碳纤维形成稳定化生产，并在航空航天、深空探测等领域获得广泛应用。 近年来，东丽公司不断加强基础研究并取得了一定的技术突破。 |
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