01項(xiàng)目研究背景

高模量碳纖維又稱石墨纖維，是一種含碳量99%以上高性能碳纖維，高模量碳纖維是一種性能獨(dú)特的軍民兩用工業(yè)材料。高強(qiáng)高模碳纖維具有高比模量、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星和航天器主體結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)和防護(hù)結(jié)構(gòu)等不可替代的關(guān)鍵材料。目前高模碳纖維廣泛應(yīng)用于航空航天、體育器材、民用高端產(chǎn)品等先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)，其中航空航天占據(jù)高模碳纖維市場(chǎng)份額的50%左右，高模碳纖維是各級(jí)主次結(jié)構(gòu)的核心關(guān)鍵材料，也是未來航天材料發(fā)展的重點(diǎn)。

傳統(tǒng)的高強(qiáng)型碳纖維，具有高拉伸強(qiáng)度和高斷裂延伸率特征，但抵抗變形能力較弱；而高模型碳纖維則具有高拉伸模量，但強(qiáng)度和斷裂延伸率（0.7%～1.2%）較低。高強(qiáng)高模高韌性碳纖維，兼顧前兩類碳纖維的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，要求具有高拉伸強(qiáng)度、高拉伸模量和高斷裂延伸率（≥1.5%）的特點(diǎn)，滿足高模量碳纖維應(yīng)用工藝性、提高碳纖維性能利用率、提升復(fù)合材料拉伸性能的綜合要求。

美國(guó)佐治亞理工學(xué)院于2015年首次研制出高強(qiáng)高模高韌碳纖維。作為碳纖維行業(yè)的龍頭企業(yè)，東麗于2018年報(bào)道了M40X產(chǎn)品，其強(qiáng)度達(dá)5.7 GPa，模量377 GPa，斷裂伸長(zhǎng)率1.51%。國(guó)外新型碳纖維的發(fā)展，不再一味追求超高拉伸強(qiáng)度，而是朝高強(qiáng)度、高模量、高延伸率“三高”方向發(fā)展，走向與應(yīng)用目標(biāo)相契合的方向。高強(qiáng)、高模M40X等級(jí)碳纖維，能夠滿足未來國(guó)防及高端裝備領(lǐng)域?qū)μ祭w維復(fù)合材料性能均衡化的要求。目前國(guó)內(nèi)尚無該纖維成熟競(jìng)品，國(guó)外主要競(jìng)品為東麗M40X，但目前并未大批量銷售，因此研制該款碳纖維對(duì)實(shí)現(xiàn)高性能碳纖維自主可控，縮短碳纖維技術(shù)與日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，為下一代復(fù)合材料發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)等均具有極其重要的戰(zhàn)略意義。