百噸級超高強度碳纖維工程化關鍵技術檢視原始碼討論檢視歷史

來自 搜狐網 的圖片

百噸級超高強度碳纖維工程化關鍵技術碳纖維是武器裝備和戰略新興產業亟需的關鍵戰略物資，是國外長期實施技術封鎖和產品壟斷的重點新材料。國外在超高強度碳纖維上處於領先水平，已成功開發了T1000G、IM8等產品，主要應用於航空、航天、高端體育器材等領域，高強高模高韌已然成為高性能碳纖維的最新發展趨勢。相比國外，國內近年來雖然在高強T700級和高強中模T800級碳纖維上取得了重要進展，但在超高強度碳纖維上與國外還有較大差距。

技術原理、技術要點

碳纖維是脆性材料，拉伸強度受缺陷控制，而缺陷的產生伴隨着「原料-聚合-紡絲-碳化」的全流程，需要對原料粘度、聚合物均一性、紡絲凝固成型、預氧化碳化結構精細控制等進行調控。

該項目攻克了干噴濕紡超高強度碳纖維關鍵核心技術，解決了工程化製備難題，率先在國內建成了百噸級超高強度T1000G級碳纖維生產線。

主要創新點如下

（1）創新開發了高特性粘度、低固含量聚合原液製備技術。研究了新型鏈轉移劑在高品質聚合物的製備技術；開發了高分子量聚合液粘度調節技術；研製了成套的原液精製系統，獲得了低單體濃度，低凝膠的原液，減少了源頭缺陷。

（2）攻克了超高強度碳纖維原絲干噴濕紡關鍵技術。研究了基於原液在空氣層微區有限元的高特性粘度聚合物原液噴絲穩定性；摸索了不同非穩態區間下高特性粘度聚合物紡絲液凝固成型工藝（凝固浴溫度：8-9℃、濃度：33-35%）；開發了具備高拉伸韌性（在180℃成膜後，斷裂強度達到350N）的紡絲油劑；基於二維結構化網格模型下，設計了3組8mm串聯式蒸汽降壓降速節流元件，獲得了蒸汽牽伸壓力0.48MPa、倍數4.3的同步上升技術，纖維取向度達到了95.1%，實現了T1000G級超高強度碳纖維原絲的穩定製備。

（3）研製了基於預氧化纖維低缺陷控制和碳化精細化控制技術。開發了預氧化纖維結構低缺陷控制技術（芯皮比≤1%、預氧化溫度≤255℃、預氧化密度1.340g/cm3），研究了低溫碳化溫熱失重行為調控、多極微負壓排焦（0~-5Pa）和高溫碳化腐蝕性氣氛精細化控制技術，實現碳纖維拉伸強度≥6400MPa，拉伸模量295±10GPa。

（4）構建了QZ6026超高強度碳纖維百噸級工程化技術體系。集成了具有自主產權的百噸級干噴濕紡超高強度碳纖維系列裝備。

該成果獲授權專利13件，其中發明專利6件，發表論文18篇。產品應用於固體發動機殼體、航空航天氣瓶、高端體育器材等領域。產品在湖北三江航天江北機械工程有限公司、哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司進行評價，產品各項力學性能均滿足設計與工藝指標，性能指標與國外同類產品相當。產品和技術在中復神鷹碳纖維有限責任公司、江蘇鷹游紡機有限公司、連雲港神鷹複合材料科技有限公司、瀋陽中復科金壓力容器有限公司等單位進行了應用推廣，近兩年新增銷售收入1555.62萬元，新增利潤466.87萬元。

該項目產品的成功開發，進一步推進了江蘇省碳纖維及其複合材料全產業鏈的提質提效和協同創新，提升了江蘇省作為碳纖維及複合材料大省的地位，同時豐富了我國高性能碳纖維產品體系，促進了國內下游碳纖維複合材料產業發展，提高了我國關鍵原材料自主保障能力，保障了重大裝備研製和戰略新興產業發展。