01项目研究背景

高模量碳纤维又称石墨纤维，是一种含碳量99%以上高性能碳纤维，高模量碳纤维是一种性能独特的军民两用工业材料。高强高模碳纤维具有高比模量、热膨胀系数小、尺寸稳定等优点，是卫星和航天器主体结构、功能结构和防护结构等不可替代的关键材料。目前高模碳纤维广泛应用于航空航天、体育器材、民用高端产品等先进复合材料的增强，其中航空航天占据高模碳纤维市场份额的50%左右，高模碳纤维是各级主次结构的核心关键材料，也是未来航天材料发展的重点。

传统的高强型碳纤维，具有高拉伸强度和高断裂延伸率特征，但抵抗变形能力较弱；而高模型碳纤维则具有高拉伸模量，但强度和断裂延伸率（0.7%～1.2%）较低。高强高模高韧性碳纤维，兼顾前两类碳纤维的优势特点，要求具有高拉伸强度、高拉伸模量和高断裂延伸率（≥1.5%）的特点，满足高模量碳纤维应用工艺性、提高碳纤维性能利用率、提升复合材料拉伸性能的综合要求。

美国佐治亚理工学院于2015年首次研制出高强高模高韧碳纤维。作为碳纤维行业的龙头企业，东丽于2018年报道了M40X产品，其强度达5.7 GPa，模量377 GPa，断裂伸长率1.51%。国外新型碳纤维的发展，不再一味追求超高拉伸强度，而是朝高强度、高模量、高延伸率“三高”方向发展，走向与应用目标相契合的方向。高强、高模M40X等级碳纤维，能够满足未来国防及高端装备领域对碳纤维复合材料性能均衡化的要求。目前国内尚无该纤维成熟竞品，国外主要竞品为东丽M40X，但目前并未大批量销售，因此研制该款碳纤维对实现高性能碳纤维自主可控，缩短碳纤维技术与日本等发达国家的差距，为下一代复合材料发展奠定技术基础等均具有极其重要的战略意义。