沥青基碳纤维

种 沥 青 是 否 适 于制 备 碳 纤 维 ，取 决 于 它 的
可 纺 性 及 转变 为 不 熔 化状 态 的能 力 ，这 在 很 大 程 度 上依 赖 于 沥 青 的 化 学组 分 及 分 子量 分 布 。适 于 作 为碳 纤维 原 料 的 沥 青要 求 是 ： 杂 原子 和 灰 分 杂 质 含 量低 ，碳 含 量 高 ，具 有 一 定 的流 变 性 能 以满
产 物煤 焦 油经 热 处 理 或蒸 馏 得 到 的 重质 馏 分 ，主 要 含 有 稠环 芳 烃 和 杂 环 芳烃 ；石 油沥 青 是 由石 油 组 分 经 热 处理 或 蒸 馏 获得 的残 渣 ，主要 含 有 芳 烃 和烷 基 取 代芳 烃 化合 物 。
一
２２ 通 用 级 沥青基 碳 纤维 的调 制 ．
足 纺 丝 的 需求 ，具 有较 高 的化 学 反应 性 以满 足 不 熔 化 处 理 的需 要 。然 而 ，我 们 通 常所 用 的沥 青 原 料 却 难 以满 足 以上 要 求 ，需 在 充 分 了解 各 种 原 料 沥 青 分 子 化 学结 构 和 物 理性 能 之 间相互 关 系 的基 础 上 对 不 适合 的沥 青 组份 或 分 子 群 进行 裁 减 或 改 性 修 饰 ，使之 符 合 作 为 制备 沥 青 基 碳 纤维 原 料 的 基 本 要求 。 沥 青 中 ，特 别 是 煤焦 油沥 青 中常含 有 游 离 炭 和 固体 杂 质等 一 次 ＱＩ ，它们 在０ ０ ０ ￣４ ０℃进行 热处 理 ， 由于 氧 分 子 的交 联 ，沥 青缩 聚 成 三 维 结构 的高 分 子 ，它 们 为各 向 同性 的ＯＩ ，具 良好 可 纺性 。煤 焦
第３ 卷 第２ ６ 期
２ １年４ ０１ 月
高 科 键 鲜 维 与 应 用
Ｈｉ ｅ ｈ Ｆ ｂ ｒ＆ Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ － ｃ ｉｅ Ｔ ｐｉ ｔ ｃ ｏ
Ｖ １ ６ ＮＯ ２ ０３ ＿ ． ．
Ａ ｐ ． ０１１ ｒ２
沥青基碳纤维
１ 定义
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 塞 纺丝 孔 ，细 小颗 粒 残 留在 纤维 中则 是碳 纤维 的 断 裂源 。含 一次 ＯＩ 的沥 青 也不 易 转化 为 流 变性 能 好 、 各 向异 性 发 达 的 中 间相沥 青 。 因此 ， 无论 是 通 用 级 沥青 基 碳 纤 维还 是 中间 相沥 青 基碳 纤维 ，
原 料沥 青 都 必 须精 制 以脱 除其 中 的一 次ＯＩ 。方 法
主 要 采 用物 理 手 段 ， 如热 溶 过 滤 ，离 心 分 离 ，静
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 。
方法 。
要 由Ｃ、Ｈ元 素 组 成 ， 还 含 有 少 量 ０、Ｎ、Ｓ 一 及 定 灰 份 杂 质 ，通 常 沥 青 含 碳量 在 ９ ％～ ９ ％，平 １ ５ 均相对分子质量在４ ０ ０ 以上 ，具 可 塑 性 。按 其 来 源 不 同 可分 为 煤 焦 油沥 青 、石 油 沥青 和 人 工 合成 沥青 （ Ｐ 如 ｖＣ沥青 ，萘 沥 青等 ） ，前者 是 炼 焦 副
通 常 沥 青只 要 具 有 一 定 的可 纺 性 就 能形 成 纤 维 形状 ，但 是 沥青 纤 维 还 必 须进 行 不 熔化 和 碳 化 处 理才 能转 化 为碳 纤维 ，不熔 化 过 程 中的氧 化 反
应 在 高温 下 进 行 的 更快 ， 因此 在提 高 生产 率 的 同
时还 必 须使 处 理 过 程 中单 丝 间 不 能熔 并 ，保 持 纤 维 的形 状 ，在 改 善 沥青 可 纺 性 的 同 时还 必 须提 高 其 软 化 点 。一 般 来 讲 ，软化 点应 在 １ ０℃ 左右 ， ８ 最 好在 ２ ０ ０ ５ ￣３ ０℃之 间 。为提 高 沥青 的软 化 点及 可 纺 性 ， 须对 原 料 沥 青进 行 热 处 理 ，常 用 的 方法 包 括 直 接热 缩 聚 法 、氧 化 热 缩 聚法 与高 聚 物共 聚
２ 可纺 沥青的调 制
２ １ 沥青 原料 的前处 理 ．
沥 青 是 有 机化 合 物 经 热 处 理 形成 的一 种 由不 同分 子 量和 烷 基 侧 链 构成 的稠 环 芳烃 混 合 物 ，主
温热 处 理 使 沥青 中劣 质 活性 组 份 优 先形 成 中 间相 小球 并 吸 附沥青 熔 融 相 中的游 离 炭 等 固体 杂 质 ， 然 后采 用 热 过 滤或 沉 降等 方法 将 其 剔 除 ，得 到 相 对 分子 质 量 分 布较 为 均 匀 的 原料 沥 青 的化 学 处 理
置 沉 降 分 离 ，减 压 蒸馏 ，溶 剂 抽提 等 。用 苯 或 甲 苯 等 溶 剂 抽提 除去 轻 组份 ，改 变 原料 的相 对 分 子
质 量 分 布 ，密 集 生 成 中间相 的组 份 ，利 于 中 间相 的转 化 ；超 临界 抽 提 和 旋转 刮 膜 蒸 发法 是 最 近 发 展起 来 的两 种新 的沥 青 处理 方 法 ，具有 高 效 、 快 速 、使 馏 份 分 子量 分 布狭 窄等 特 点 。也有 采 用 高
合 方 法 等 。 原料 沥 青 经 芳烃 溶 剂 分 离 除去 溶 剂不 溶 物 及 其 中 的热 反 应 组分 后 ，再 在减 压 通 入氮 气
进 行 热 处 理 ，便 可 得 到适 合 纺 丝 的 原料 ；大 阪煤 气 公 司 开 发 了 空气 吹 扫氧 化 热 缩 聚法 ， 即用 空气