利用液晶相分离调控高性能沥青基碳纤维的结构与性能

已有的研究表明改变中间相沥青的性质是调控高性能沥青基碳纤维的结构与性能的有效方法之一。本项目通过将各向同性煤沥青或石油沥青掺杂到AR树脂中，高温熔融混合制得二元不相容共混物,利用液晶相分离的方法，调控高性能沥青基碳纤维截面结构、微晶和缺陷等与性能。一方面利用各向同性煤沥青或石油沥青与AR树脂在结构和性质上的差异而导致的相分离，调控中间相沥青的性质，改变中间相的取向排列和织构变化，探索影响高性能沥青基碳纤维结构与性能的因素；另一方面共混物在喷丝孔中的流动性质影响着两组分在纤维中的分布，以及碳纤维的结构和性能。使用流变仪、透射电子显微镜等测试方法，研究两组分的流变性质和碳纤维结构与性能之间的关系。同时，AR树脂与各向同性沥青混合形成的二元不相容共混物对纤维的氧化和碳化性能等的影响规律也将予以系统的研究。

高性能沥青基碳纤维因其具有高强高模、高导热率和低密度等优点，在航空航天和民用领域具有重要的用途。经熔融纺丝得到的纤维中的形状、织构、有序度等基本结构信息，经后序稳定化、碳化、和石墨化工艺，遗传到碳纤维中。因此，中间相沥青基碳纤维的性能由先驱体原料的性质和纺丝条件共同控制。对纺丝原料的性质进行调控，是调控碳纤维结构及性能的根本途径。.因此，在本基金中主要研究了控制高性能沥青基碳纤维截面结构的因素。首次利用液晶相分离调控中间相沥青基碳纤维的结构与性能。选择萘系中间相沥青和各向同性煤沥青做为原料，利用二者共混过程中产生的微相分离，调控高性能沥青基碳纤维的结构与性能。结果发现，减小中间相沥青的畴结构，可以改善沥青基碳纤维的截面劈裂现象，以及提高其力学性能。研究还发现，萘沥青与各向同性沥青的微相分离结构有利于提高原丝的氧化交联活性，对制备大直径中间相沥青基碳纤维（如碳芯）具有重要的科学意义。