【心路历程】十年碳纤维——高强高模碳纤维难度超乎想象

“书山有路勤为径，学海无涯苦作舟”，这句经典古训用在碳纤维研制方面，也是非常切题的。我们团队在高性能碳纤维领域仍然属于“晚辈”和“新兵”，只能依靠勤奋与锲而不舍的精神支撑着一步一步的向前走。

2016年团队在突破M55J级性能的同时，也分别收获了580GPa、620GPa的性能，当时考虑一是稳定化工作不能几个型号一起实施，二是从应用需求考虑，打算作为第二阶段的工作进行深入研究。

高强高模碳纤维的研制并没有想象的轻松，更谈不上容易，我们在《日本东丽总裁讲述公司碳纤维发展的悠久历史》一文中提到，日本东丽公司在研发碳纤维时“没有任何能够在生产承受2,600–2,800℃温度运行的高温炉，因此东丽公司在生产过程导致碳纤维本身燃烧，无法提供合适的产品。”

从上述所有的这些描述中可以直接感受到当时日本东丽公司研发碳纤维用高温热处理技术时所面临的压力和难度，最后也是只能通过与美国联合碳化物公司技术交换才突破技术瓶颈。

我们不可能从国外获得这种高、精、尖的装备和技术，所以只能靠自主研发。十几年前，国内研发M40（强度2740MPa、模量392GPa，非MJ系列，在2020年最新版东丽碳纤维产品目录中已经不再提供）高模碳纤维时，通常是以日本东丽T300、T800等高强中模碳纤维为原料，先经过高温退浆，然后再使用高温石墨化炉进行石墨化处理，并将其命名为“两步法”工艺。

后来国内也提出了催化石墨化方法，比如在碳纤维进入超高温石墨化之前进行渗硼处理，利用硼元素的催化效果，降低石墨化温度来获得高模碳纤维。还有一种通常的做法就是尽可能的提高石墨化温度，以期获得超高模量的碳纤维产品，但这往往会对装备寿命产生不利影响。

我们团队经过5年多研发，在张永刚研究员带领下，研制高强高模碳纤维尤其是国产M55J级及以上高等级纤维产品时，实现了高温石墨化炉运行时间6个月以上效果，这是保证高模碳纤维连续稳定生产的关键。

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