宁波材料所国产高性能碳纤维研制平台及技术现状

2008年宁波材料所成立特种纤维事业部，专注于高性能碳纤维国产化技术研发，经过十余年发展，特种纤维事业部先后突破国产T800级、T1000级高强中模碳纤维关键制备技术，国产M40J、M50J、M55J、M60J级高模碳纤维关键制备技术，其中2014年在国内率先实现国产T800碳纤维百吨级工程化，2016年率先突破国产M55J级碳纤维关键技术，2018年3月研制的国产M60J级高模碳纤维更是填补了国内空白，达到国际先进水平。

研  制  平  台

目前特种纤维事业部建有PAN基碳纤维吨级规模示范线、高性能纤维检测表征实验室等，拥有发改委碳纤维制备技术国家工程实验室（共建）、发改委碳纤维表征测试服务平台、高性能碳纤维产业化技术浙江省工程实验室、中国化纤协会国家高性能纤维表征检测（宁波）基地等平台。

1、发改委国家工程实验室

2009年2月，经国家发展和改革委员会正式批准组建，依托单位为中科院山西煤化所，中科院宁波材料所为共建单位。同年11月26日，“碳纤维制备技术国家工程实验室”揭牌仪式在中科院宁波材料所举行。

实验室目标：围绕航空、航天、能源、交通等领域的重大战略任务与重点工程对碳纤维复合材料的迫切需求，建立碳纤维制备工程化技术平台，开展工程化技术研究，研制关键设备，开发自主知识产权的碳纤维制备工艺和配套材料并形成成套技术和应用评价体系。

2、发改委碳纤维表征平台

2013年，经国家发展和改革委员会批准，在中科院宁波材料所正式建设“碳纤维表征检测服务平台”。

平台主要围绕高性能碳纤维检测表征技术，开展碳纤维领域检测方法及标准的开发，为国内碳纤维行业提供专业化检测表征服务，推动国内高性能碳纤维行业的健康快速发展。

3、浙江省工程实验室

2018年7月，由中科院宁波材料所为依托单位筹建的高性能碳纤维产业化技术浙江省工程实验室获得浙江省发改委批复。

工程实验室聚焦高性能 PAN 基碳纤维前沿制备技术，同时兼顾产业化发展解决方案，重点开展高性能（高强中模和高强高模）碳纤维的工程化及产业化技术、国产碳纤维复合材料加工技术、碳纤维及其复合材料系统表征检测等重点技术研发任务。

▲ 宁波材料所高性能碳纤维研制平台

技  术  现  状

1、高强中模碳纤维系列

宁波材料所特种纤维事业部于2010年突破国产T800级高强中模碳纤维技术，并于2011年11月成功通过相关技术成果鉴定；

2013年，在国产T800级碳纤维的中试稳定技术基础上，特种纤维事业部研发出拉伸强度6.41GPa、拉伸模量293GPa国产T1000级高强中模碳纤维。

▲ 宁波材料所高强中模碳纤维测试报告

2、高模碳纤维系列

2015年，宁波材料所实现国产M50J级高模碳纤维技术突破，并进行了中试稳定化生产，2016年、2018年先后突破国产M55J、M60J级高模碳纤维关键技术。

▲ 宁波材料所高模碳纤维测试报告

通过国产高模系列碳纤维性能与日本东丽同型号产品对比可以发现，国产高模碳纤维拉伸强度要高于国外产品，因此纤维伸长率较高，在延展性具有一定优势。

通过进一步提升高温石墨化过程中装备控制水平，以及关键工艺优化设计，宁波材料所特种纤维事业部实现了纤维内部石墨微晶结构的有效调控，目前在吨级平台制备国产高性能碳纤维拉伸模量最高已达到620GPa。

3、新型高强高模碳纤维系列

新型高强高模碳纤维，是指同时具有高拉伸强度、高拉伸模量特性的新一代碳纤维，其典型特征在于高强度和高模量兼具。国外该型纤维代表为：日本东丽TORAYCA®MX碳纤维拉伸强度5700MPa、拉伸模量377GPa、东丽T1100G碳纤维拉伸强度7000MPa、拉伸模量324GPa；美国赫氏公司HexTow HM50型碳纤维拉伸强度5860MPa、拉伸模量345GPa。

宁波材料所于2015年便开始布局新型高强高模碳纤维研发工作，2017年在承担国家项目基础上，宁波材料所加快新型高强高模碳纤维的批量制备工作，于2018年初实现拉伸强度≥5000MPa、拉伸模量330-400GPa小批量试制。

2019年，宁波材料所在中试平台实现拉伸强度5700-5800MPa，拉伸模量320-340GPa规格新型高强高模碳纤维的批量稳定制备。

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