国内外PAN基高模量碳纤维的技术现状与研究进展

2021-10-31王雪飞马洪波张永刚

合成纤维工业 2021年5期

钱鑫，王雪飞，马洪波，张永刚

(中国科学院宁波材料技术与工程研究所碳纤维制备技术国家工程实验室，浙江宁波 315201)

聚丙烯腈(PAN)基高模量碳纤维是指拉伸模量超过350 GPa、含碳量在99%以上的一类高性能碳纤维，具有弹性模量高、热膨胀系数小、尺寸稳定性好等优异性能。PAN基高模量碳纤维增强复合材料可在温度交变环境中实现零膨胀，因此成为航天飞行器、深空探测等领域的重要原材料。目前PAN基高模量碳纤维已广泛应用于宇航结构产品中，已成为各级主次结构的核心材料，也是未来航天材料发展的重点[1]。

PAN基高模量碳纤维在中模量碳纤维基础上经过进一步高温石墨化制备得到，石墨化过程所需温度最高可达3 000 ℃，具有基础研发难度大、核心技术壁垒高等特点。长期以来，PAN基高模量碳纤维关键制备技术一直被国外少数碳纤维生产企业所垄断[2]。近年来尤其是最近5年来，以日本东丽、美国Hexcel 为代表的国外企业在PAN基高模量碳纤维领域不断取得技术突破，引领着该领域技术的创新发展。作者从PAN基高模量碳纤维性能特点出发，详细介绍了国外PAN基高模量碳纤维的发展历程与最新进展，并对比概述了国内在该领域的发展现状，针对近期国内开展基础的研究工作进行了梳理和总结，最后对目前国内在PAN基高模量碳纤维领域存在的主要问题进行了总结。