“超高強高模碳纖維（HF55M）工程化關鍵制備技術”項目通過鑒定

2023年11月9日，中國紡織工業聯合會在江蘇省丹陽市組織召開了由江蘇恒神股份有限公司、中國科學院寧波材料技術與工程研究所和哈爾濱工業大學共同承擔的“超高強高模碳纖維（HF55M）工程化關鍵制備技術”項目鑒定會，鑒定委員會認為項目成果達到國際先進水平。

項目研究背景

高模量碳纖維又稱石墨纖維，是一種含碳量99%以上的高性能碳纖維，高模量碳纖維是一種性能獨特的軍民兩用工業材料。高強高模碳纖維具有高比模量、熱膨脹系數小、尺寸穩定等優點，是衛星和航天器主體結構、功能結構和防護結構等不可替代的關鍵材料。目前高模碳纖維廣泛應用于航空航天、體育器材、民用高端產品等先進復合材料的增強，其中航空航天占據高模碳纖維市場份額的50%左右，高模碳纖維是各級主次結構的核心關鍵材料，也是未來航天材料發展的重點。

傳統的高強型碳纖維，具有高拉伸強度和高斷裂延伸率特征，但抵抗變形能力較弱；而高模型碳纖維則具有高拉伸模量，但強度和斷裂延伸率（0.7%～1.2%）較低。高強高模高韌性碳纖維，兼顧前兩類碳纖維的優點，要求具有高拉伸強度、高拉伸模量和高斷裂延伸率（≥1.5%）的特點，滿足高模量碳纖維應用工藝性、提高碳纖維性能利用率、提升復合材料拉伸性能的綜合要求。

2015年，美國佐治亞理工學院于首次研制出高強高模高韌碳纖維。2018年，碳纖維行業的龍頭企業之一--東麗報道了M40X產品，其強度達5.7 GPa，模量為377 GPa，斷裂伸長率為1.51%。國外新型碳纖維的發展，不再一味追求超高拉伸強度，而是朝高強度、高模量、高延伸率“三高”方向發展，走向與應用目標相契合的方向。

高強、高模M40X等級碳纖維能夠滿足未來國防及高端裝備領域對碳纖維復合材料性能均衡化的要求。目前國內尚無該纖維成熟競品，國外主要競品為東麗M40X，但目前并未大批量銷售，因此研制該款碳纖維對實現高性能碳纖維自主可控、縮短碳纖維技術與日本等發達國家的差距、為下一代復合材料發展奠定技術基礎等均具有極其重要的戰略意義。

項目主要創新點

項目開發了連續長周期聚合及高分子量、窄分布聚丙烯腈紡絲原液制備技術；研發出高溫高濃凝固成型技術；研制出聚丙烯腈纖維預氧化碳化結構調控與納米缺陷控制技術。結合復合式電化學表面處理工藝，研制出完整的超高強高模碳纖維工程化技術。

項目產業化及應用情況

項目建成了十噸級超高強高模HF55M碳纖維工程化生產線，產品經第三方檢測，碳纖維拉伸強度≥5800 MPa, 碳纖維拉伸模量≥377 GPa，斷裂伸長率≥1.50%，目前該款產品通過了多家應用單位多批次試用，并已實現批量銷售，能夠滿足未來國防及高端裝備領域對碳纖維復合材料性能均衡化的要求，具有良好的社會和經濟效益。