『专题』国内石墨纤维发展近况

石墨纤维（graphite fibre，GrF）没有明确的科学定义，一般是指含碳量在99%以上的碳纤维。碳纤维经2200-3000℃高温石墨处理就可得到石墨纤维。

石墨纤维与碳纤维相比，不仅含碳量高，而且拉伸模量高。因此，石墨纤维也叫高模量碳纤维。

此外，石墨纤维还具有热膨胀系数小和热稳定性好、尺寸稳定等优异性能，因而用来制造刚而薄和尺寸稳定的复合材料构件，广泛用于宇宙飞行器及航空航天领域。例如，人造卫星的壳体用高强型碳纤维复合材料制造，喇叭天线用高模型碳纤维复合材料制造，以保证在温度交变的太空环境中尺寸稳定。

中国航天科工集团公司等M40J

中国航天科工集团公司二院二部主任设计师辛玲2017年7月19日接受记者采访时说，“国产M40J碳纤维工程化研制及应用”一条龙项目取得重要进展，突破了稳定化制备、碳纤维表面处理等关键技术，已有国内企业建成百吨级M40J高性能碳纤维生产线。

“与航空航天上常用的高强钢材对比，国产M40J高性能碳纤维的拉伸强度和弹性模量是其三到五倍。”辛玲说。

辛玲说，这种高性能碳纤维在高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程等领域都有广泛应用。此外，研发团队逐步建立和完善了高强高模碳纤维性能评价、表征方法和工艺标准，也为未来开展高性能碳纤维系列化发展奠定了技术基础。

宁波材料所M55J  M60J

2016年1月，宁波材料所在国内率先实现了国产M55J制备技术重大突破，同年9月进行了制备技术验证，并获得拉伸强度4.15GPa、拉伸模量585GPa的高强高模碳纤维，后续进一步成功实现了国产M55J高强高模碳纤维连续稳定生产，纤维主体性能批间批内离散系数远＜5%。

随后，针对国产高强高模碳纤维工艺分析、结构研究、性能优化开展了详细研究，尤其是重点开展高温石墨化环境中碳纤维拉伸强度保留率研究工作，2018年3月成功制备拉伸强度5.24GPa、拉伸模量593GPa的高强高模碳纤维，与日本东丽M60J高强高模碳纤维（拉伸强度3.92GPa、拉伸模量588GPa）相比，继续保持了拉伸强度上的优势。

在开展国产系列高强高模碳纤维技术突破及稳定化制备的同时，研究团队秉承锐意进取、开拓创新、合作共赢的工作理念，与国内碳纤维及其复合材料上下游企业建立良好合作关系，开展了国产M55J级碳纤维预浸料制备和复合材料性能评价工作，并将进一步开展构件评价与验证等。

研究团队在国产M55J级高强高模碳纤维应用评价工作基础上，将进一步开展国产M60J级高强高模碳纤维稳定制备技术研究，并与国内碳纤维优势企业密切合作，积极开展产学研合作，支撑相关任务的发展。

北京化工大学等M55J

由北京化工大学国家碳纤维工程技术研究中心联合威海拓展纤维有限公司、航天材料及工艺研究所和北京卫星制造厂有限公司承接的科技部863课题“聚丙烯腈碳纤维石墨化关键技术研究”经过三年的协同攻关，攻克纤维制备关键技术、纤维性能表征技术、纤维应用技术和碳纤维高温石墨化设备设计制备技术后，完成了课题任务书要求的全部内容，碳纤维及其复合材料性能指标与进口M55J碳纤维相当。

2018年5月8日，科技部高技术中心组织专家组在北京化工大学对课题进行技术验收，专家组认为该课题“自主研发并掌握国产M55J级高强高模碳纤维（6K）制备关键工艺技术；自主设计研制成功高温石墨化设备，形成了M55J级高强高模碳纤维工程化生产能力；产品满足热熔预浸和热熔缠绕工艺要求，制备出相应典型结构试验件”。技术就绪水平达到任务书规定要求，一致同意通过验收。