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 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)定等系列優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星和航天器的主體結(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。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所特種纖維事業(yè)部長期致力于國產(chǎn)高性能碳纖維技術(shù)研發(fā)，于2016年2月、2018年3月相繼實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)M55J、M60J高強(qiáng)高模碳纖維制備技術(shù)突破。

　　在國產(chǎn)高強(qiáng)高模碳纖維系列化制備技術(shù)基礎(chǔ)上，特種纖維事業(yè)部針對國產(chǎn)M55J級高強(qiáng)高模碳纖維微觀結(jié)構(gòu)-宏觀性能關(guān)聯(lián)性等領(lǐng)域基礎(chǔ)科學(xué)問題開展了深入研究，通過纖維截面形貌研究發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)M55J高模碳纖維截面呈規(guī)則圓形，而東麗M55J碳纖維呈腰形（圖1），進(jìn)一步通過高溫石墨化過程中纖維石墨特征結(jié)構(gòu)演變機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，高模碳纖維拉伸模量與Raman光譜中無序結(jié)構(gòu)D峰、石墨特征結(jié)構(gòu)G峰的半高寬存在一定函數(shù)關(guān)系，D峰、G峰半高寬值越小，纖維拉伸模量越高；同時，國產(chǎn)M55J碳纖維拉伸強(qiáng)度高達(dá)4.86GPa，顯著高于東麗M55J碳纖維的4.02GPa，結(jié)合該性能差異針對其微觀結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，石墨微晶層間距和微晶取向是影響高模碳纖維拉伸強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，國產(chǎn)M55J高模碳纖維與東麗M55J碳纖維石墨微晶層間距相同，但國產(chǎn)M55J高模碳纖維具有更高石墨微晶取向（圖2），說明高取向石墨微晶結(jié)構(gòu)有利于高模碳纖維拉伸強(qiáng)度的提高。該系列研究成果發(fā)表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018, 112:111-118；Journal of Raman Spectroscopy，2019，doi.org/10.1002/jrs.5569等期刊上。

　　此外，針對聚丙烯腈預(yù)氧化纖維體密度及元素含量、低-高溫兩段石墨化等對高模碳纖維性能的影響規(guī)律等基礎(chǔ)研究，特種纖維事業(yè)部近期申請國家發(fā)明專利5項（申請?zhí)?01810536653.x；201810431103.1；201810431101.2；201810339670.4；201810311440.7）、獲授權(quán)實(shí)用新型專利2項（201820826573.3；201820536161.6）。 該系列研究工作得到裝備發(fā)展部領(lǐng)域基金重點(diǎn)項目（6140922010103）、中科院先導(dǎo)專項（XDA17020405）等資助。

圖1 國產(chǎn)M55J高模碳纖維與東麗M55J纖維截面形貌對比

圖2 國產(chǎn)M55J高模碳纖維與東麗M55J纖維石墨微晶取向?qū)Ρ?/p>