聚丙烯腈基碳纖維具有優(yōu)異的綜合性能，是航空航天、國防和民用高科技領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵戰(zhàn)略材料。為推動碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展，《中國制造2025》和《新材料產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》將碳纖維列為重點支持的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一。聚丙烯腈基碳纖維的生產(chǎn)技術(shù)主要有濕紡與干噴濕紡兩種技術(shù)路線，其中干噴濕紡技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、碳纖維品質(zhì)好、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，世界上高端牌號碳纖維主要采用干噴濕紡技術(shù)生產(chǎn)，然而這些技術(shù)長期被日本和美國公司壟斷，特別是T-1000及其以上級別的超高強度碳纖維更是高端產(chǎn)品，是對我國封鎖的重中之重。

    近日，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所科研團(tuán)隊圍繞T-1000級超高強度碳纖維制備，承擔(dān)的中國科學(xué)院重點部署項目所制備的聚丙烯腈基超高強度碳纖維，順利通過驗收，并成功開發(fā)聚丙烯腈基新型中空碳纖維。

    該團(tuán)隊深入分析碳纖維結(jié)構(gòu)與性能關(guān)聯(lián)性，開展了前驅(qū)體鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、紡絲液流變性調(diào)控、纖維微納米結(jié)構(gòu)控制及關(guān)鍵裝備技術(shù)研究，實現(xiàn)了干噴濕紡制備T-1000級超高強度碳纖維的核心技術(shù)的突破。所制備的聚丙烯腈基超高強度碳纖維具有高拉伸強度和高彈性模量特點，經(jīng)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測，性能指標(biāo)達(dá)到業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平。

圖 單根纖維表面結(jié)構(gòu)（A）濕紡纖維SEM照片；（B）干噴濕紡纖維SEM照片

    針對當(dāng)前碳纖維應(yīng)用正在從單一的結(jié)構(gòu)承載型，向結(jié)構(gòu)-功能一體化方向發(fā)展的趨勢，張壽春團(tuán)隊用了2年時間，成功開發(fā)了聚丙烯腈基新型中空碳纖維。聚丙烯腈基中空碳纖維技術(shù)難度大，目前僅有德國巴斯夫公司和日本東麗公司掌握。張壽春介紹，新型中空碳纖維不同于普通的中空碳膜材料，其連續(xù)長絲具有細(xì)旦化和高強度的特點，可編織性和纏繞性良好；也不同于傳統(tǒng)的實芯碳纖維，其芯部具有連續(xù)規(guī)整的中空結(jié)構(gòu)。因此，高強度中空聚丙烯腈基碳纖維既滿足結(jié)構(gòu)增強又具有隔熱、填充改性等特殊功能，是一種結(jié)構(gòu)功能一體化的新型碳纖維。

    隨著應(yīng)用領(lǐng)域的迅速增長和應(yīng)用要求的日益提高，高端碳纖維和新品種碳纖維已成為當(dāng)前各國競相開發(fā)的熱點。我們的研究將有助于我國高性能碳纖維多品種、系列化發(fā)展，對結(jié)構(gòu)輕量化和多功能化應(yīng)用具有積極意義。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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