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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

高分子科學前沿 


說明: https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_gif/dfMvlaZWtEL8TwbVvFHRorCKx5uWs93nFQFaegpNaibjMZIHKZZI0eklvBZUJWXnB1bkNbnqD1SC4qKclEwKZ7g/640?wx_fmt=gif&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1

       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20162月、20183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.x201810431103.1;201810431101.2;201810339670.4;201810311440.7)、獲授權實用新型專利2項(201820826573.3201820536161.6)。

  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


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