近日，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所研究員張壽春團(tuán)隊(duì)圍繞T-1000級超高強(qiáng)度碳纖維制備，承擔(dān)的中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目所制備的聚丙烯腈基超高強(qiáng)度碳纖維，順利通過驗(yàn)收，并成功開發(fā)聚丙烯腈基新型中空碳纖維。
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(diǎn)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(diǎn)，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(qiáng)度碳纖維更是高端產(chǎn)品，是對我國封鎖的重中之重。
張壽春團(tuán)隊(duì)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(jì)、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(shí)現(xiàn)了干噴濕紡制備T-1000級超高強(qiáng)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(qiáng)度碳纖維具有高拉伸強(qiáng)度和高彈性模量特點(diǎn)，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。
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(duì)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(qiáng)度的特點(diǎn)，可編織性和纏繞性良好；也不同于傳統(tǒng)的實(shí)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(qiáng)度中空聚丙烯腈基碳纖維既滿足結(jié)構(gòu)增強(qiáng)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。
張壽春表示，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(diǎn)。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。
