简介

沥青基碳纤维是指以沥青等富含稠环芳烃的物质为原料，通过聚合、纺丝、不熔化、碳化处理制备的一类碳纤维，按其性能的差异又分为通用级沥青碳纤维和高性能沥青碳纤维，前者由各向同性沥青制备，又称各向同性沥青级碳纤维，后者由中间相沥青出发制备，故又称为中间相沥青级碳纤维。

沥青的纺丝

制备沥青碳纤维时，首先要将沥青进行熔融纺丝。熔融纺丝可用喷吹、离心或挤压等方法。喷吹法在熔体流入喷丝头出口处时，喷吹热空气使之与纤维成一定的角度进行牵伸，可制得短沥青纤维。离心法是将熔体落在高速旋转的离心机内，利用离心力的作用使熔体分散牵伸成沥青短纤维。挤压法是将沥青熔体用泵或氮气压力送入纺丝主体，通过剪切力和牵伸力的作用使沥青的稠环芳烃片层大分子沿纤维轴向取向排列。纺丝工艺参数根据沥青的流变性能及要求而定，通常纺丝温度高于软化点30～100 ℃，纺丝压力最高达几个兆帕，卷绕速度为几十到1000 m/min。

沥青的熔纺与一般的高分子不同，它在极短的时间内固化后就不能再进行牵伸，得到的沥青纤维十分脆弱，因此在纺丝时就要求能纺成直径较细的低纤度纤维，以提高最终碳纤维的强度。沥青的粘弹性与高分子也有本质上的差别，其熔融粘度与剪切速率的关系均随沥青的物性和温度而变化。为得到高性能的碳纤维，在纺丝时还必须控制分子沿纤维轴和纤维截面的取向，分子结晶大小及分子填充密度等，因为沥青在熔纺后形成的纤维结构在其碳化过程中不再有大的变化，碳纤维的结构是熔纺时形成结构的反映。

影响沥青纤维微观结构的因素很多，如纺丝温度、压力、喷丝孔径、卷绕速度等。由于中间相沥青的粘度对温度的敏感性，因此控制纺丝温度显得特别重要。牵伸是沥青形成择优取向的必要条件，牵伸比越大，取向度越高。

沥青基碳纤维的应用

通用级沥青碳纤维的强度和模量都较PAN基碳纤维差很多，不能用作飞机、体育和文娱用品的增强材料，故而另辟蹊径进行独自的用途开发，如下表所示。吴羽化学公司用廉价的通用级沥青碳纤维增强混凝土，效果较好，可提高混凝土的强度5-10倍，抗弯曲韧性提高几倍到50倍，可节省钢材，减薄结构，使制件质量减轻，利于施工。

高性能沥青碳纤维具有比PAN碳纤维超高力学性能（尤其是高模量），并具有极优的传热、导电性能和极低的热膨胀系数，它们可以和树脂、金属、碳等复合制成高性能复合材料，用于航空、航天、核能等PAN碳纤维性能所不及的高技术领域，作为高温烧蚀材料和高温结构材料使用；还可用作高导热材料（如半导体（LED）灯的传热材料）、风力发电叶片复合材料增强剂等。