【科研进展】宁波材料所参研的“超高强高模碳纤维工程化关键制备技术”项目通过成果鉴定

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。

超高强高模碳纤维（HF55M）的拉伸强度≥5800 MPa、拉伸模量≥377 GPa、断裂伸长率≥1.50%，主体性能指标对标了日本东丽公司于2018年11月研发成功的M40X型碳纤维（拉伸强度5700MPa、拉伸模量377GPa）。在本号前期文章《独家揭秘日本东丽公司M40X新型高强高模碳纤维的应用与生产现状》中指出：目前东丽公司尚未进行M40X型碳纤维商业化生产，每年会生产大约2吨左右，而限量生产的M40X碳纤维大多专门提供给东丽下属预浸料生产公司，该纤维由于具有优异的性能，因此在各种领域中均可显著降低零部件的重量（更多内容延伸阅读原文）。

一、项目背景

高模量碳纤维又称石墨纤维，是一种含碳量99%以上高性能碳纤维，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势特点，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。

美国佐治亚理工学院于2015年首次研制出高强高模高韧碳纤维。作为碳纤维行业的龙头企业，东丽于2018年报道了M40X产品，其强度达5.7 GPa，模量377 GPa，断裂伸长率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。

二、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。

三、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, 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。

四、项目完成单位简介

江苏恒神股份有限公司是一家集碳纤维及其复合材料生产、设计、研发、销售、技术应用服务为一体的国家高新技术企业，隶属于世界五百强陕西煤业化工集团。产品组合覆盖从原丝、碳纤维、上浆剂、织物、液体树脂、粘接剂、预浸料，碳纤维复合材料制件，航空复合材料结构件的高端全产业链企业。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所是中国科学院在浙江省成立的第一个直属研究所，成立于2004年4月。宁波材料所围绕新材料布局了材料技术研究所、新能源技术研究所、先进制造技术研究所及生物医学工程研究所四个二级研究所。经过十几年的发展，宁波材料所形成了“以人为本”、“七位一体”的基础上，科研技术链、材料应用链、人才培养引进链三链融通的创新生态。

哈尔滨工业大学（简称哈工大）是工业和信息化部直属的全国重点大学，也是中国工业和信息化领域的核心大学之一。学校成立于1920年，拥有深厚的学术传统和卓越的科研实力。哈工大是中国高校中最早进入国际高水平大学建设行列的大学之一，也是“985工程”、“211工程”和“双一流”重点建设高校。

五、宁波材料所高性能碳纤维进展

中国科学院宁波材料所碳纤维及其复合材料团队（原中国科学院宁波材料所特种纤维事业部）长期致力于高性能碳纤维国产化技术研发，拥有国家发改委碳纤维表征测试服务平台、碳纤维制备技术工程实验室（共建）、高性能碳纤维产业化技术浙江省工程实验室（工程中心）、化纤协会高性能纤维制备及表征检测（宁波）平台。

（主要来源：中国纺织科技，部分内容由本号补充）