2019年10月，三菱化學(xué)公司開發(fā)出一種PAN基碳纖維，這種纖維的單根纖維直徑最大可達(dá)10μm。目前通用級(jí)碳纖維的直徑為每根纖維5~7μm，而新產(chǎn)品將其直徑提高到10μm，這代表著纖維直徑的顯著增加。

    該款碳纖維具有240GPa的拉伸模量和4200MPa的拉伸強(qiáng)度，是通用級(jí)碳纖維。這種新的碳纖維材料的臨時(shí)名稱為34-550。由于材料中所含的每根纖維都較粗，因此非常適合樹脂傳遞模塑、拉擠成型和其他模塑方法，該材料也非常適合使用高粘度熱塑性樹脂的連續(xù)纖維增強(qiáng)中間材料。

    值得注意的是其纖維直徑將有助于防止彎曲，從而使模制品具有更好的壓縮特性；此外，纖維的橫截面相對(duì)平坦，在碳化或石墨化時(shí)，可使熱量更好地滲透到纖維的中心。

 

    2019年11月，日本東麗公司宣布成功開發(fā)出全球首款具有連續(xù)、納米/微米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)的多孔碳纖維，并希望在未來五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

    該新型多孔碳纖維在整個(gè)纖維上具有可控的納米或微米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)可使其成為高效的過濾介質(zhì)，并可作為氣體分離膜的支撐結(jié)構(gòu)。

 

    該產(chǎn)品的潛在應(yīng)用是在氣體分離技術(shù)中使用，如用于分離二氧化碳、沼氣、氫氣和其他氣體。

 

    2020年1月，中科院寧波材料所碳纖維及其復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了拉伸強(qiáng)度3.70GPa、拉伸模量610GPa的PAN基超高模量碳纖維連續(xù)穩(wěn)定制備。

    2016年1月、2018年3月，碳纖維及其復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)先后率先實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)M55J、國產(chǎn)M60J級(jí)高強(qiáng)高模碳纖維關(guān)鍵制備技術(shù)突破，關(guān)鍵產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)空白；2019年底，團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)CNIQM60（M60J級(jí)）高強(qiáng)高模碳纖維小批量穩(wěn)定制備。

    隨后團(tuán)隊(duì)科研人員向拉伸模量600GPa以上的更高等級(jí)超高模量碳纖維關(guān)鍵制備技術(shù)開展攻關(guān)，在2020年1月實(shí)現(xiàn)了拉伸模量高達(dá)610GPa的PAN基超高模量碳纖維的連續(xù)穩(wěn)定制備，產(chǎn)品通過了國內(nèi)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試。

 

    2020年2月，日本帝人公司發(fā)布了公司Tenax®碳纖維的最新版產(chǎn)品目錄和性能指標(biāo)，在高模量碳纖維領(lǐng)域，公司碳纖維產(chǎn)品最高模量?jī)H為425GPa，不再提供UMS 55（模量540GPa，與東麗M55J相同），標(biāo)志著日本東麗公司成為全球唯一一家提供高模量540GPa以上PAN基商品化產(chǎn)品的企業(yè)。

    此外，在新版碳纖維產(chǎn)品目錄中，標(biāo)準(zhǔn)模量級(jí)碳纖維的拉伸強(qiáng)度普遍提升，如HTA40、HTS40拉伸強(qiáng)度分別由3800、4200MP提高到4100MPa、4400MPa；鍍鎳碳纖維強(qiáng)度和模量分別由2800MPa、215GPa提高到新版本的2900MPa、230GPa。

 

    2020年5月，日本東麗公司宣布開發(fā)出拉伸強(qiáng)度4.8GPa、拉伸模量390GPa的新型高強(qiáng)度高模量碳纖維；該款高模量碳纖維強(qiáng)度略低于東麗T700的4900MPa，但是模量提升了70%，從而保證最終碳纖維結(jié)構(gòu)件具有超高剛度特性。

    該款纖維體密度僅為1.74g/cm³，要低于T700纖維的1.80g/cm³，因此具有更加優(yōu)異的輕量化效果，因此該款產(chǎn)品有望替代傳統(tǒng)的T700碳纖維，而其最終應(yīng)用也將瞄準(zhǔn)汽車輕量化等領(lǐng)域。

    該型高模量碳纖維通過與新研發(fā)的TORAYCA®Pettlet熱塑性粒料結(jié)合，采用注塑成形工藝加工得到的粒料拉伸模量達(dá)到41GPa，與鎂合金模量（45GPa）相當(dāng)，同時(shí)該粒料的比重僅為1.4，而鎂合金比重為1.8。因此，通過使用這些新的熱塑性顆粒采用注塑成形可制造復(fù)雜形狀的零件且大大提高生產(chǎn)率，并為零部件的輕量化做出巨大貢獻(xiàn)。

    在2020年1月成功實(shí)現(xiàn)拉伸強(qiáng)度3.70GPa、拉伸模量610GPa的PAN基超高模量碳纖維連續(xù)穩(wěn)定制備的基礎(chǔ)上，2020年6月，中科院寧波材料所碳纖維及其復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)在高強(qiáng)高模碳纖維領(lǐng)域再次實(shí)現(xiàn)重大突破，成功研制出CNI QM65（M65J級(jí)）高強(qiáng)高模碳纖維，經(jīng)過國內(nèi)4家專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試，纖維拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別高達(dá)3857MPa、639GPa。

寧波材料所形成國產(chǎn)M65J級(jí)碳纖維小批量制備能力

    寧波材料所CNI QM65（M65J級(jí)）高強(qiáng)高模碳纖維研發(fā)成功標(biāo)志著在高強(qiáng)高模碳纖維制備技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)已經(jīng)由長(zhǎng)期跟跑實(shí)現(xiàn)了并跑。

 

    根據(jù)美國Hexcel公司官方發(fā)布的2020版最新產(chǎn)品目錄，Hexcel公司推出了最新一款拉伸強(qiáng)度5171MPa、拉伸模量372GPa、伸長(zhǎng)率1.3%的HexTow®HM54型高強(qiáng)高模碳纖維。

    HexTow®HM54型碳纖維是一種連續(xù)、高性能、高模量的PAN基碳纖維，該纖維經(jīng)過表面處理和上漿處理，以改善其層間剪切性能、工藝特性和結(jié)構(gòu)性能，應(yīng)用領(lǐng)域包括高級(jí)體育用品、航空、航天和工業(yè)應(yīng)用。

    HexTow®HM54是一款與日本東麗高強(qiáng)高模碳纖維針鋒相對(duì)的產(chǎn)品，而日本東麗公司對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品為M40J級(jí)高強(qiáng)高模碳纖維（強(qiáng)度4400MPa、模量377GPa），通過性能對(duì)比可知，HM54型纖維強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)更加明顯，因此有望在未來應(yīng)用中對(duì)日本東麗M40J級(jí)高強(qiáng)高模碳纖維構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)威脅，目前該產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

 

    同樣是根據(jù)美國Hexcel公司官方發(fā)布的2020版最新產(chǎn)品目錄，Hexcel公司推出了一款具有優(yōu)異耐燒蝕特性的PAN基碳纖維——HexTow® 85型碳纖維。

    作為一種連續(xù)的PAN基碳纖維，目前可提供24K規(guī)格的絲束，HexTow® 85碳纖維的碳含量?jī)H為85%，主要用途在于：作為一種成本效益高的耐燒蝕產(chǎn)品，來取代傳統(tǒng)的黏膠基碳纖維，專用于耐燒蝕領(lǐng)域。

    HexTow® 85的碳纖維擁有與傳統(tǒng)PAN基碳纖維相近的強(qiáng)度，而耐燒蝕性能又與黏膠基碳纖維相接近。目前由該種纖維制備的碳碳復(fù)合材料燒蝕性能正在與傳統(tǒng)黏膠基碳纖維進(jìn)行對(duì)比評(píng)測(cè)中。