為了應(yīng)對(duì)歐洲衛(wèi)星子系統(tǒng)所需的高模量/超高模量碳纖維均為非歐洲公司生產(chǎn)的現(xiàn)狀，同時(shí)提升歐洲本土公司太空用高模量/超高模量碳纖維及其預(yù)浸料技術(shù)和產(chǎn)品水平，歐洲啟動(dòng)了“歐洲空間技術(shù)用合格碳纖維和預(yù)浸料(European Space Qualified Carbon Fibres and Pre-Impregnated based Materials，簡(jiǎn)寫EUCARBON )”項(xiàng)目。

    通過本項(xiàng)目實(shí)施，目前歐洲本土公司西格里碳素收購的Fisipe公司初步具備了高模量級(jí)碳纖維（拉伸模量348GPa，拉伸強(qiáng)度4300MPa）的生產(chǎn)能力，開發(fā)出該款高模量碳纖維預(yù)浸料產(chǎn)品，并成功設(shè)計(jì)并制造了太空結(jié)構(gòu)件，F(xiàn)isipe公司下一步將開展超高模量碳纖維用6k原絲的攻關(guān)。

 

    目前歐洲衛(wèi)星及其子系統(tǒng)應(yīng)用的高模量和超高模量碳纖維及其相關(guān)預(yù)浸料均是由日本東麗、日本東邦、美國赫氏等非歐洲公司提供（圖1），由于PAN基高模量/超高模量碳纖維及其預(yù)浸料是空間研究中技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)，因此其核心技術(shù)已成為影響歐洲空間技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。

圖1 歐洲本土代表公司西格里產(chǎn)品以工業(yè)用大絲束碳纖維為主，不具備太空級(jí)碳纖維及其預(yù)浸料供應(yīng)資格

    鑒于滿足航空航天標(biāo)準(zhǔn)的碳纖維要么在歐洲以外國家生產(chǎn)，要么在外國的監(jiān)督下在歐洲分公司生產(chǎn)，因此，極大削弱了歐洲在空間技術(shù)方面的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也涉及到交貨周期和不可預(yù)知的成本增加等因素，歐洲希望為了能夠自由、不受限制地獲得這些材料，為此啟動(dòng)了“歐洲空間技術(shù)用合格碳纖維和預(yù)浸料(European Space Qualified Carbon Fibres and Pre-Impregnated based Materials，簡(jiǎn)寫EUCARBON )”項(xiàng)目。

    本項(xiàng)目由歐盟委員會(huì)資助，項(xiàng)目起止時(shí)間分別為2011年12月-2015年11月，項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)3.19億歐元，其中歐盟財(cái)政撥款1.99億歐元。

    該項(xiàng)目主要目的是在歐洲建立一個(gè)PAN基高模量/超高模量碳纖維生產(chǎn)基地，來生產(chǎn)空間技術(shù)用碳纖維，并開發(fā)有關(guān)預(yù)浸料制備的專門技術(shù)；在該項(xiàng)目中也進(jìn)一步探討了以碳納米管改性樹脂為基礎(chǔ)，制備新型預(yù)浸料的方法，為高性能預(yù)浸料的制備提供良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。

  1、在歐洲本土公司開發(fā)用于人造衛(wèi)星組件等性能要求高模量/超高模量碳纖維；

  2、短期內(nèi)目標(biāo)為開發(fā)拉伸模量約350GPa的高模量碳纖維，中期目標(biāo)約為開發(fā)拉伸模量500GPa以上的超高模量碳纖維；

  3、開發(fā)基于自主生產(chǎn)的高模量/超高模量碳纖維的預(yù)浸料工藝和預(yù)浸料體系；

  4、利用自主生產(chǎn)的高模量/超高模量碳纖維預(yù)浸料，進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試衛(wèi)星用部件；

  5、利用碳納米管摻雜樹脂基體來開發(fā)具有改善電學(xué)和熱學(xué)性能的預(yù)浸料。

    為了實(shí)現(xiàn)EUCARBON項(xiàng)目的目標(biāo)，結(jié)合不同參與單位的優(yōu)勢(shì)，因此將項(xiàng)目分為四個(gè)子項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)施，分別為：空間應(yīng)用設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試（由EADS CASA Espacio牽頭）、高模量/超高模量碳纖維生產(chǎn)（由Fisipe牽頭）、預(yù)浸料和CFRP層壓板的制造（由INEGI牽頭）、復(fù)合材料特性研究（由CTL牽頭）。

    圖2顯示了為項(xiàng)目建立的工作流程邏輯，其中包括首先明確衛(wèi)星子系統(tǒng)具體應(yīng)用，然后確定此類應(yīng)用的材料要求，碳纖維的制造，預(yù)浸料制備的使用，預(yù)浸料轉(zhuǎn)化為層壓板，以及最終的設(shè)計(jì)，最后根據(jù)項(xiàng)目?jī)?nèi)開發(fā)的材料制造和測(cè)試空間展示器。

圖3 葡萄牙Fisipe負(fù)責(zé)項(xiàng)目中高模量/超高模量碳纖維研發(fā)

    預(yù)浸料研發(fā)成果：通過使用日本東麗M55J超高模量碳纖維加工預(yù)浸料，并根據(jù)工藝參數(shù)的控制調(diào)整預(yù)浸料工藝，如張力水平、樹脂粘度、溫度分布、樹脂擠壓、加工/停留時(shí)間、目標(biāo)產(chǎn)品面質(zhì)量、表面質(zhì)量和預(yù)浸料厚度等；成功開發(fā)出Fisipe公司高模量碳纖維預(yù)浸料產(chǎn)品（圖4）；采用摻雜碳納米管的環(huán)氧樹脂預(yù)浸漬高模量碳纖維（以環(huán)氧重量計(jì)含量高達(dá)1.5%）（圖5），評(píng)估了碳納米管的表面功能性、負(fù)載率和其他物理/化學(xué)分散技術(shù)對(duì)固化動(dòng)力學(xué)、流變特性的影響，以及碳納米管的分散與分布規(guī)律等對(duì)預(yù)浸處理和CFRP最終性能的影響。