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高强度烯碳/芳纶Ⅲ复合纤维研究进展

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杂环芳纶(芳纶Ⅲ)是一类在航空航天,军工领域重要的结构材料。为了实现部分依赖于高性能杂环芳纶纤维的武器材料以及重要装置设备的国产化,近年来国内多家单位围绕其开展了一系列的研究和攻关,取得了阶段性成果,但仍旧与国外产品存在差距。石墨烯纤维技术部发挥研究院特色,致力于开发复合材料制备技术,研制烯碳材料/芳纶Ⅲ复合纤维,推进其作为质轻、高强、高性能纤维在各领域的应用。复合机理项目组重点关注烯碳材料与芳纶Ⅲ复合材料中的界面相互作用及复合增强模型的设计,并探索烯碳材料增强芳纶的内在机制,以及功能化芳纶Ⅲ的设计与应用。目前,项目组提出了一种多孔石墨烯增强芳纶Ⅲ纤维的复合结构模型,通过在石墨烯的二维片层面内造孔,让多孔石墨烯参与到芳纶的原位聚合中,聚合过程芳纶分子链穿过石墨烯片层的面内孔洞,经过湿法纺丝,得到具有独特复合结构的多孔石墨烯/芳纶Ⅲ复合纤维。在该力学增强模型中,石墨烯片层使高分子链紧密结合在一起,提升高分子链间相互作用,促进应力在链间的有效传递。当多孔石墨烯添加量为0.05%时,复合纤维的拉伸强度可达4.75 GPa,模量127.0 GPa,相比与纯的芳纶Ⅲ纤维分别提升19.8%,3.9%。项目组将详尽探讨该模型的增强机理,提高复合纤维力学性能,进一步与兄弟项目组开展紧密合作,推动成果转化,推出具有研究院特色的高性能纤维产品。

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