山西煤化所成功开发聚丙烯腈基新型中空碳纤维

近日,中国科学院山西煤炭化学研究所研究员张寿春团队围绕T-1000级超高强度碳纤维制备,承担的中国科学院重点部署项目所制备的聚丙烯腈基超高强度碳纤维,顺利通过验收,并成功开发聚丙烯腈基新型中空碳纤维。

 聚丙烯腈基碳纤维具有优异的综合性能,是航空航天、国防和民用高科技领域不可或缺的关键战略材料。为推动碳纤维产业发展,《中国制造2025》和《新材料产业“十三五”发展规划》将碳纤维列为重点支持的战略新兴产业之一。聚丙烯腈基碳纤维的生产技术主要有湿纺与干喷湿纺两种技术路线,其中干喷湿纺技术具有生产效率高、碳纤维品质好、生产成本低等优点,世界上高端牌号碳纤维主要采用干喷湿纺技术生产,然而这些技术长期被日本和美国公司垄断,特别是T-1000及其以上级别的超高强度碳纤维更是高端产品,是对我国封锁的重中之重。

 张寿春团队深入分析碳纤维结构与性能关联性,开展了前驱体链结构优化设计、纺丝液流变性调控、纤维微纳米结构控制及关键装备技术研究,实现了干喷湿纺制备T-1000级超高强度碳纤维的核心技术的突破。所制备的聚丙烯腈基超高强度碳纤维具有高拉伸强度和高弹性模量特点,经第三方专业机构检测,性能指标达到业内先进水平。

 针对当前碳纤维应用正在从单一的结构承载型,向结构-功能一体化方向发展的趋势,张寿春团队用了2年时间,成功开发了聚丙烯腈基新型中空碳纤维。聚丙烯腈基中空碳纤维技术难度大,目前仅有德国巴斯夫公司和日本东丽公司掌握。张寿春介绍,新型中空碳纤维不同于普通的中空碳膜材料,其连续长丝具有细旦化和高强度的特点,可编织性和缠绕性良好;也不同于传统的实芯碳纤维,其芯部具有连续规整的中空结构。因此,高强度中空聚丙烯腈基碳纤维既满足结构增强又具有隔热、填充改性等特殊功能,是一种结构功能一体化的新型碳纤维。

 张寿春表示,随着应用领域的迅速增长和应用要求的日益提高,高端碳纤维和新品种碳纤维已成为当前各国竞相开发的热点。我们的研究将有助于我国高性能碳纤维多品种、系列化发展,对结构轻量化和多功能化应用具有积极意义。