『文献』佐治亚理高强高模碳纤维研制

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摘要

该研究团队通过凝胶纺丝法成功生产出具有超高拉伸强度和模量的聚丙烯腈碳纤维，其性能优于目前报道的任何连续碳纤维。短规格长度下，纤维的拉伸强度达到历史最高值。研究还详细分析了纤维的微观结构和力学性能，并与其他碳纤维进行了比较。该研究为进一步提高碳纤维性能提供了新的有效途径，并为碳纤维的应用领域拓展提供了有力支持。

正文

文章题目：High strength and high modulus carbon fibers

文章来源：carbon 93（2015）81-87

研究团队：佐治亚理工学院材料科学与工程学院Han Gi Chae等人

研究简介

该团队通过凝胶纺丝法生产出连续的聚丙烯腈碳纤维，其拉伸强度范围为5.5-5.8Gpa，拉伸模量范围为354-375Gpa。对于迄今所报道的任何连续碳纤维来说，这种强度和模量的组合是最高的，同时这种凝胶纺丝的方法为进一步提高碳纤维的力学性能提供了一种有效途径。在短规格长度下，纤维的拉伸强度高达12.1Gpa，这是有史以来报道的PAN基碳纤维的最高值。

研究内容

图1各种PAN基碳纤维的拉伸强度和拉伸模量，圆圈表示商业PAN基碳纤维的拉伸性能。星号表示GT-PAN基碳纤维的的拉伸强度和模量。趋势线1和2分别代表了高强高模溶液纺PAN基碳纤维在过去30年的发展轨迹。趋势线3代表过去3年中凝胶纺PAN基碳纤维的发展路程。

图2（a）凝胶纺丝GT-PAN原丝纤维和碳纤维的照片，（b，c）GT-PAN基碳纤维的拉伸断裂表面的SEM图，（b）拉伸强度为12.1Gpa，长度为1mm；（c）拉伸强度为12.1Gpa，长度为100µm。作为比较，示出（d）IM7碳纤维和（e）T1000碳纤维的纤维横截面图像。（d）IM7纤维在1 mm标准长度下进行测试，拉伸强度为8.7Gpa；（f）GT-PAN基碳纤维，（g）IM7碳纤维和（h）T300碳纤维的高分辨透射电子显微镜照片，（f）中圈中区域显示会降低纤维拉伸强度的缺陷和不均匀性。

图３（ａ）不同规格长度的GT-PAN基碳纤维的拉伸强度；（ｂ）外推至１ｎｍ标距长度所获得的极限强度值，以及（ｃ）在２５.４ｍｍ标准长度下测试的强度值：通过格里菲斯公式计算的各种碳纤维的缺陷尺寸；（ｄ）GT-PAN基碳纤维的拉伸模量作为反规格长度的函数以获得矫正的拉伸模量（ｅ）作为各种平面间剪切模量（Ｇ１２）值的（００２）方位扫描的半峰全宽（ＦＷＨＭ）的函数的理论拉伸模量。

来源：碳纤维生产技术

断裂电子理论材料

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首次发布时间：2024-04-20