科普知识·关于中间相沥青基碳纤维

碳纤维是一种含碳量在90%以上，由片状石墨微晶沿纤维轴方向堆砌而成的石墨微晶材料。碳纤维按照原料来源不同主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维（MPCF）和粘胶基碳纤维。沥青基碳纤维根据原料和工艺的不同又分为各向同性通用级沥青基碳纤维和各向异性又叫中间相沥青基碳纤维。中间相沥青基碳纤维具有比模量高、比强度高、导热性能好、耐腐蚀、抗蠕变、热膨胀系数低、耐高温、电磁屏蔽等一系列优异性能，其中最突出的性能是高模量和高导热性，弹性模量能达到800GPa以上，导热系数能达到800w/m·K以上，甚至超过1000w/m·K。

中间相沥青基碳纤维结构特点

中间相沥青基碳纤维以重芳烃为原料，由于原料和工艺的特点，其微观结构也有独特性，原料芳烃分子通过缩聚形成大尺寸的平面芳香分子，之后形成平行堆积的中间相球体，再通过纺丝、牵伸使片层大分子沿纤维轴向取向排列。这种高度取向的片层结构更利于在后续处理中形成石墨微晶，更容易获得高模量、高导热性能。

为什么使用沥青基碳纤维

沥青基碳纤维具有其他材料无法媲美的高模量、高导热性能。

材料的力学性能一般表现为其拉伸强度、拉伸模量、尺寸稳定性等，对于一般工业应用来说，基础纤维增强材料即可满足要求，但是在空天飞行器、卫星、工业机器人、精密工业辊轴、压力容器、汽车轻量化等领域，高模量材料具有重要意义。例如大型飞机机翼，在起降过程中容易发生晃动，而中间相沥青基碳纤维模量极高，不易因气流及力的冲击而产生变形，不易晃动，使飞机在飞行过程中维持良好的稳定性。卫星天线为保证测量精度，在工作过程中不能发生形变，这就需要高模量材料，在美欧日合作共同进行的ALMA探测深宇宙项目中，在南美智力的深山里设置了80台直径12米的电磁波望远镜，天线主要结构材料是由沥青基碳纤维复合材料制造的。除此之外，在压力容器、工业辊轴、建筑领域的应用都是利用了中间相沥青基碳纤维高模量的特点。

中间相沥青基碳纤维，导热系数能达到800w/m·K以上，甚至超过1000w/m·K，远高于导热性能较好的金属铝、金属铜。有实验将沥青基碳纤维复合材料置于1000℃的火焰下，超过10min还未燃烧，而其他纤维复合材料在几十秒之内就燃烧起来了。因为沥青基碳纤维导热系数高，他能迅速散热使材料表面维持在较低温度。对于在极苛刻高温环境运行的空天飞行器来说具有重要意义。也是解决集成电路、芯片等电子产品的散热问题、飞机、轨道车辆刹车系统的散热问题的关键材料。

来源：诺科碳材