高強高模碳纖維具有高比模量、熱膨脹系數小、尺寸穩定等系列優點，是衛星和航天器的主體結構、功能結構和防護結構等不可替代的關鍵材料。
中國科學院寧波材料所特種纖維事業部長期致力于國產高性能碳纖維技術研發，于2016年2月、2018年3月相繼實現國產M55J、M60J高強高模碳纖維制備技術突破。
在國產高強高模碳纖維系列化制備技術基礎上，該團隊對國產M55J級高強高模碳纖維微觀結構——宏觀性能關聯性等領域基礎科學問題開展了深入研究，通過纖維截面形貌研究發現，國產M55J高模碳纖維截面呈規則圓形，而東麗M55J碳纖維呈腰圓形。
國產M55J高模碳纖維與東麗M55J纖維截面形貌對比
進一步通過高溫石墨化過程中纖維石墨特征結構演變機理研究發現，高模碳纖維拉伸模量與Raman光譜中無序結構D峰、石墨特征結構G峰的半高寬存在一定函數關系，D峰、G峰半高寬值越小，纖維拉伸模量越高。同時，國產M55J碳纖維拉伸強度高達4.86 GPa，顯著高于東麗M55J碳纖維的4.02 GPa。
國產M55J高模碳纖維與東麗M55J纖維石墨微晶取向對比
結合該性能差異針對其微觀結構研究發現，石墨微晶層間距和微晶取向是影響高模碳纖維拉伸強度的關鍵因素，國產M55J高模碳纖維與東麗M55J碳纖維石墨微晶層間距相同，但國產M55J高模碳纖維具有更高石墨微晶取向，說明高取向石墨微晶結構有利于高模碳纖維拉伸強度的提高。
來源：寧波材料所、紡織導報
