Georgia Institute of Technology:冻胶纺丝技术生产高强碳纤维

2016-10-24孙虹

国际纺织导报 2016年2期

美国Georgia理工学院的一个研究小组开发出一项新技术，为碳纤维的强度和模量建立了一个新的里程碑。新技术采用冻胶纺丝技术加工聚丙烯腈(PAN)共聚物，制备碳纤维，已开发的新一代碳纤维的强度和模量都高于任何最新报道的连续纤维。此外，研究工作表明，冻胶纺丝方法为更好地改进碳纤维提供了一个途径。

在冻胶纺丝中，首先是将溶液转化为冻胶。这种技术将聚合物链缠绕在一起，产生强大的链间作用力，以提高抗拉强度。冻胶纺丝也能增加纤维的定向取向，同样也提高了强度。与之相比，60多年前开发的常规溶液纺丝加工，即将聚丙烯腈共聚物溶液直接转化为固体纤维，而没有中间的凝胶状态，所得的材料强度较低。

经测试，采用冻胶纺丝技术生产的碳纤维的极限抗拉强度达5.5～5.8 GPa，拉伸模量达354～375 GPa，且在很短的长度上，测得纤维的抗拉强度高达12.1 GPa，这一抗拉强度值为所报道过的聚丙烯腈基碳纤维中的最高值。纳米级测量显示，这些冻胶纺碳纤维的内部结构相比最先进的商业碳纤维(如IM7)缺陷更少。另外，采用冻胶纺丝的纤维比采用溶液纺丝的纤维高分子链缠结度更低，冻胶纺纤维的缠结数量少是由于冻胶纺丝采用的聚合物浓度比溶液纺丝法的低。

这种冻胶纺碳纤维已在Georgia理工学院的连续碳化生产线上生产。该项目是美国国防高级研究计划局(DARPA)资助的980万美元项目之中的一个子项目，项目目的是提高碳纤维材料的强度。

孙虹译王依民校