工业化规模工业化规模;高模量碳纤维;墨化技术其1.2t/a(3k)稳定化生产

高模量碳纤维是卫星结构件不可或缺的原材料之一。由于国外禁运，高模量碳纤维出现短缺，严重制约相关领域的发展。

“工业化规模高模量碳纤维连续化制备技术及其1.2t/a(3K)稳定化生产”经过“八五”、“九五”、“十五”以及“十一五”持续攻关，在模式线连续石墨化、表面处理及上胶工艺基础上，解决了工程放大中温度场和力场均匀性调控及高模量碳纤维表面性能与结构调控关键技术，突破了以国产碳纤维为原料、工业化生产规模高模量碳纤维制备技术，实现了高模量碳纤维制备技术的完全国产化。建成了国内唯一、包含可控碳纤维退绕、脱胶、应力石墨化、阳极氧化表面处理、上胶、烘干和卷饶等工序的连续化生产线，并实现1.2t/a稳定化生产与供货。

在高模量碳纤维从无到有、从小到大的研发历程中，开发出以下技术：

1) 碳纤维可控石墨化技术：通过特定温度场下施加张力与时间效应相协同，控制其石墨结构的形成及发展，在强度损失率不大的情况下，大幅度提高产品的拉伸模量。

2) 高模量碳纤维表面处理技术：通过电化学氧化处理，提高了高模量碳纤维复合材料的层间剪切强度。

3) 高模量碳纤维专用上胶剂：研制成功了弹性体改性环氧树脂体系，增加了纤维的复合性能与集束性。

1.2t/a高模量碳纤维生产线产品性能指标如下：

1) 拉伸强度：≥2800MPa，离散系数≤ 8%； 2) 拉伸模量：≥400GPa，离散系数≤ 3%； 3) 断裂延伸率：≥0.7%； 4) 纤维的线密度：180g/Km～184g/Km； 5) 密度：1.80g/cm3～1.90g/cm3； 6) 层间剪切强度（648环氧树脂体系）：≥65MPa。

已提供给中国航天科技集团公司北京卫星制造厂120kg高模量碳纤维产品进行复丝性能复验、预浸料制备工艺考察、单向板性能测试以及批次稳定性验证。其中，20Kg已用于某背景型号卫星结构板的生产，成型质量满足卫星整星结构试验要求。中国航天科技集团公司第508所利用45Kg高模量碳纤维成型了遥感相机前镜身筒组件（模样件），经过地面力学和热学环境模拟试验，结果满足设计要求。应用情况证明，高模量碳纤维在批次稳定情况下，基本达到日本M40碳纤维的性能。

高模量碳纤维是卫星结构件不可或缺的原材料之一。由于国外禁运，高模量碳纤维出现短缺，严重制约相关领域的发展。“工业化规模高模量碳纤维连续化制备技术及其1.2t/a(3K)稳定化生产”经过“八五”、“九五”、“十五”以及“十一五”持续攻关，在模式线连续石墨化、表面处理及上胶工艺基础上，解决了工程放大中温度场和力场均匀性调控及高模量碳纤维表面性能与结构调控关键技术，突破了以国产碳纤维为原料、工业化生产规模高模量碳纤维制备技术，实现了高模量碳纤维制备技术的完全国产化，建成了国内唯一、包含可控碳纤维退绕、脱胶、应力石墨化、阳极氧化表面处理、上胶、烘干和卷饶等工序的连续化生产线并实现1.2t/a稳定化生产与供货。在高模量碳纤维从无到有、从小到大的研发历程中，开发出1)碳纤维可控石墨化技术。通过特定温度场下施加张力与时间效应相协同，控制其石墨结构的形成及发展，在强度损失率不大的情况下，大幅度提高产品的拉伸模量；2)高模量碳纤维表面处理技术。通过电化学氧化处理，提高了高模量碳纤维复合材料的层间剪切强度；3)高模量碳纤维专用上胶剂：研制成功了弹性体改性环氧树脂体系，增加了纤维的复合性能与集束性。1.2t/a高模量碳纤维生产线产品性能指标如下：1)拉伸强度：≥2800MPa，离散系数≤ 8%；2)拉伸模量：≥400GPa，离散系数≤ 3%；3)断裂延伸率：≥0.7%；4)纤维的线密度：180g/Km～184g/Km；5)密度：1.80g/cm3～1.90g/cm3；6)层间剪切强度（648环氧树脂体系）：≥65MPa。已提供给中国航天科技集团公司北京卫星制造厂120kg高模量碳纤维产品进行复丝性能复验、预浸料制备工艺考察、单向板性能测试以及批次稳定性验证，其中20Kg已用于某背景型号卫星结构板的生产，成型质量满足卫星整星结构试验要求。中国航天科技集团公司第508所利用45Kg高模量碳纤维成型了遥感相机前镜身筒组件（模样件），经过地面力学和热学环境模拟试验，结果满足设计要求。应用情况证明，高模量碳纤维在批次稳定情况下，基本达到日本M40碳纤维的性能。