高強高模碳纖維具有高比模量、熱膨脹系數小、尺寸穩定等系列優點，是衛星和航天器的主體結構、功能(néng)結構和防護結構等不可替代的關鍵材料。中國(guó)科學(xué)院甯波材料所特種(zhǒng)纖維事(shì)業部長(cháng)期緻力于國(guó)産高性能(néng)碳纖維技術研發(fā)，于2016年2月、2018年3月相繼實現國(guó)産M55J、M60J高強高模碳纖維制備技術突破。

　　在國(guó)産高強高模碳纖維系列化制備技術基礎上，特種(zhǒng)纖維事(shì)業部針對(duì)國(guó)産M55J級高強高模碳纖維微觀結構-宏觀性能(néng)關聯性等領域基礎科學(xué)問題開(kāi)展了深入研究，通過(guò)纖維截面(miàn)形貌研究發(fā)現，國(guó)産M55J高模碳纖維截面(miàn)呈規則圓形，而東麗M55J碳纖維呈腰形（圖1），進(jìn)一步通過(guò)高溫石墨化過(guò)程中纖維石墨特征結構演變機理研究發(fā)現，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關系，D峰、G峰半高寬值越小，纖維拉伸模量越高；同時，國(guó)産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(néng)差異針對(duì)其微觀結構研究發(fā)現，石墨微晶層間距和微晶取向(xiàng)是影響高模碳纖維拉伸強度關鍵因素，國(guó)産M55J高模碳纖維與東麗M55J碳纖維石墨微晶層間距相同，但國(guó)産M55J高模碳纖維具有更高石墨微晶取向(xiàng)（圖2），說明高取向(xiàng)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(chéng)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(duì)聚丙烯腈預氧化纖維體密度及元素含量、低-高溫兩(liǎng)段石墨化等對(duì)高模碳纖維性能(néng)的影響規律等基礎研究，特種(zhǒng)纖維事(shì)業部近期申請國(guó)家發(fā)明專利5項（申請号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。

圖1 國(guó)産M55J高模碳纖維與東麗M55J纖維截面(miàn)形貌對(duì)比

圖2 國(guó)産M55J高模碳纖維與東麗M55J纖維石墨微晶取向(xiàng)對(duì)比

　　（特種(zhǒng)纖維事(shì)業部 錢 鑫）