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寧波材料所在國產(chǎn)高強高模碳纖維結構性能關聯(lián)性研究領域取得進展
寧波材料所在國產(chǎn)高強高模碳纖維
結構性能關聯(lián)性研究領域取得進展
高強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，是衛(wèi)星和航天器的主體結構、功能結構和防護結構等不可替代的關鍵材料。中國科學院寧波材料所特種纖維事業(yè)部長期致力于國產(chǎn)高性能碳纖維技術研發(fā)，于2016年2月、2018年3月相繼實現(xiàn)國產(chǎn)M55J、M60J高強高模碳纖維制備技術突破。
在國產(chǎn)高強高模碳纖維系列化制備技術基礎上，特種纖維事業(yè)部針對國產(chǎn)M55J級高強高模碳纖維微觀結構-宏觀性能關聯(lián)性等領域基礎科學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，進一步通過高溫石墨化過程中纖維石墨特征結構演變機理研究發(fā)現(xiàn)，高模碳纖維拉伸模量與Raman光譜中無序結構D峰、石墨特征結構G峰的半高寬存在一定函數(shù)關系，D峰、G峰半高寬值越小，纖維拉伸模量越高；同時，國產(chǎn)M55J碳纖維拉伸強度高達4.86GPa，顯著高于東麗M55J碳纖維的4.02GPa，結合該性能差異針對其微觀結構研究發(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度關鍵因素，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，說明高取向石墨微晶結構有利于高模碳纖維拉伸強度的提高。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)?/span>201810536653.x；201810431103.1；201810431101.2；201810339670.4；201810311440.7）、獲授權實用新型專利2項（201820826573.3；201820536161.6）。
該系列研究工作得到裝備發(fā)展部領域基金重點項目（6140922010103），中科院先導專項（XDA17020405）等項目資助
