文献ℱ低成本碳纤维的研究：张力和温度对聚丙烯腈纤维高效碳化的作用

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张力和温度对聚丙烯腈纤维高效碳化的作用：对低成本碳纤维的研究

文章题目：The Role of Tension and Temperature for Efficient Carbonization of Polyacrylonitrile Fibers: Toward Low Cost Carbon Fibers

文章来源：Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57, 4268−4276

研究团队：澳大利亚迪肯大学前沿材料研究所Nisa V. Salimb等人

研究内容

该团队利用各种张力和温度匹配对聚丙烯腈（PAN）前体纤维的影响，在低温碳化炉中生产出汽车级碳纤维。

在低温碳化过程中，在两个不同的温度下进行实验，以了解温度差异对张力的影响，分析了氧化稳定化和碳化过程对前体纤维的结构，碳收率和机械性能的影响，从低温炉和高温炉的每个区收集纤维，测量碳纤维以及前体和氧化纤维的物理性质。

红外研究揭示了稳定过程中纤维化学结构的变化，并且由稳定化纤维的热学研究计算出65.5％的芳构化指数。发现在低温（LT）碳化期间张力的增加已经增加了纤维密度并且产生了高达2200cN的高模量和高拉伸强度的纤维。还发现，一旦高温（HT）碳化完成，在初始碳化期间升高温度不会影响拉伸强度并产生较低模量的纤维。

然而，该研究表明，可以在LT碳化中生产拉伸强度为3.28GPa，且拉伸模量为222GPa的纤维，这对于汽车应用是理想的。

此外，通过消除HT碳化，可以减少额外的能量消耗和制造时间，这进一步降低了最终碳纤维的成本。

图1. Carbon Nexus中试规模生产线示意图