宁波材料所突破M65J级高强高模碳纤维制备技术 国产碳纤维渐迎与国际“并跑”时代

http://www.texnet.com.cn/ 2020-08-06 14:36:54 来源:中国纺织报

  近期,中科院宁波材料所宣布,在国产高强高模碳纤维制备技术领域再次实现了重大突破,成功研制出CNI QM65(M65J级)高强高模碳纤维,并形成了国产M65J级碳纤维小批量制备能力。

  高强高模碳纤维具有拉伸模量高、热膨胀系数小、尺寸稳定等系列优点,依靠其独特结构和性能优势,成为宇宙飞行器及航空航天等领域关键原材料。

  目前,国外的PAN基高强高模碳纤维中,拉伸模量最高的两款型号产品分别是:日本东丽研发生产的M65J碳纤维,其拉伸模量为640GPa,拉伸强度为3.50GPa,以及日本帝人公司研发生产的UM68碳纤维,其拉伸模量为650GPa,拉伸强度为3.33GPa。

  一名业内人士介绍,M65J和UM68两款碳纤维代表了当前国际上PAN基高强高模碳纤维制备技术的最高水平,但是,目前都还没有形成商业化。目前,已成功实现商业化的最高模量的PAN基碳纤维是日本东丽的M60J碳纤维,其拉伸模量为588GPa。

  从我国市场来看,近年来,通过多家科研院所和领军企业的努力攻关,我国高强高模碳纤维制备技术发展较快,不断取得新突破。

  2016年1月,宁波材料所实现了国产M55J碳纤维制备技术重大突破;当年9月,进行了制备技术验证,并获得拉伸强度为4.15GPa、拉伸模量为585GPa的高强高模碳纤维;后续,进一步实现了国产M55J高强高模碳纤维的连续稳定生产,纤维主体性能批间批内离散系数远小于5%。

  2018年,由北京化工大学碳纤维工程技术研究中心联合威海拓展纤维有限公司、航天材料及工艺研究所和北京卫星制造厂有限公司承担的科技部863项目“聚丙烯腈碳纤维石墨化关键技术研究”项目成功通过了验收。该项目历经3年协同攻关,攻克了纤维制备关键技术、纤维性能表征技术、纤维应用技术和碳纤维高温石墨化设备设计制备技术,研发出的碳纤维及其复合材料性能指标与进口M55J碳纤维相当。

  此次突破标志着我国QM4055(M55J级)高强高模型碳纤维材料实现了从工艺到装备的完全国产化制备,提高了我国航天应用领域对该高强高模级别碳纤维的自主保障能力。由此,威海拓展纤维有限公司也具备了QM4055(M55J级)高强高模碳纤维的工程化生产能力。

  “M55J级制备技术和工程化技术的突破,引起了日本相关企业的高度关注。一家日本企业的有关负责人,在业内打听相关情况。”一名碳纤维从业者说。

  在此基础上,我国相关科研院所和龙头企业的技术攻关和突破步伐并没有停歇。

  2018年3月,宁波材料所成功实现国产M60J级高强高模碳纤维关键制备技术突破,产品填补了国内市场空白。“经过近两年的努力,目前,我们已经实现了国产M60J级高强高模碳纤维的小批量稳定制备。”宁波材料所在其官方微信公众号平台这样披露。

  今年1月,宁波材料所实现拉伸模量为610GPa的高强高模碳纤维小批量稳定制备。为攻关更高级别产品,该所着重从纤维微观结构设计与可控调控出发,先后突破高品质原丝可控成型、石墨化微晶结构可控增长、高效表面结构设计与调控等系列化关键技术,实现CNI QM65(M65J级)高强高模碳纤维制备技术突破。

  该产品经过国内4家专业检测机构测试,纤维模量均稳定地超过630GPa,拉伸模量最高达639GPa。

  其中,来自北京化工大学的检测报告显示,CNI QM65(M65J级)碳纤维的拉伸强度为3460 MPa,拉伸模量为631GPa。来自北京航空航天大学的检测报告显示,其拉伸强度为3857MPa,拉伸模量为639GPa。

  接下来,随着我国相关科研院所和龙头企业在高强高模碳纤维制备技术领域的进一步突破,以及产业化技术的突破,我国碳纤维产业的自主创新能力和技术实力将进一步增强,在国际市场上的竞争力也将再提升。

  一名碳纤维从业者感慨:“现在看来,随着在高强高模领域陆续突破,我国碳纤维产业也将迎来由‘长期跟跑’到‘与国际并跑’阶段。”

文章关键词: 宁波材料   
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