低温石墨化对碳纤维性能的影响

低温石墨化对碳纤维性能的影响

张永刚，钱 鑫，王雪飞

（中国科学院 宁波材料技术与工程研究所 碳纤维制备技术国家工程实验室，宁波 315201）

摘 要:使用高温石墨化炉对实验室自制的高强中模碳纤维进行连续石墨化处理，制备得到了强度4.86 GPa 、模量541 GPa 的高强高模碳纤维，并详细研究了石墨化处理过程中主要工艺参数对碳纤维结构与性能的影响。研究结果探索掌握了低温石墨化（1 600～2 200 ℃）过程中，不同处理温度对碳纤维密度、拉伸强度、拉伸模量等性能的影响规律。

关键词:高模碳纤维；低温石墨化；力学性能；影响规律；试验

中图分类号: TQ342.743 文献标识码: A 文章编号: 1007-9815（2016）02-0028-04

Effect of low-temperature graphitization on the properties of carbon fibers

ZHANG Yong-gang, QIAN Xin, WANG Xue-fei

( National Engineering Laboratory for Carbon Fiber Preparation Technology, Ningbo Institute of Material Tech-nology & Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201 China )

Abstract: Continuous graphitization of high strength and middle modulus carbon fibers made in our laboratory were conducted in high temperature graphitization oven. High strength and high modulus carbon fibers with the strength of 4.86 GPa and modulus of 541 GPa were achieved. Effects of the main technologies parameters in the process of high temperature graphitization on the microstructure and properties of carbon fibers were studied. In this paper, effect of graphitization temperature on the density, tensile strength and tensile modulus of carbon fibers were studied in the process of low-temperature graphitization ( from 1 600 ℃ to 2 200 ℃).

Key words: carbon fiber; graphitization; density; tensile strength

V ol.41 No.2Apr. 2016

高科技纤维与应用Hi-Tech Fiber & Application 第41卷 第2期

2016年4月定稿日期: 2016-04-21

基金项目: 国家自然科学基金（51503216）；浙江省自然科学基金（LQ16E030003）；宁波市自然科学基金项目（2015A610015）；产业技术创新重大专项（2015B11042）

作者简介: 张永刚（1975-），男，河北保定人，高级工程师，主要从事聚丙烯腈基碳纤维制备技术研究，(电子信箱)zhang yonggang@https://www.sodocs.net/doc/828897773.html, ；通讯作者：钱鑫（1984-），男，山东聊城人，博士，主要从事聚丙烯腈基碳纤维结构与性能的研究，(电子信箱)qx3023@https://www.sodocs.net/doc/828897773.html, 。0 引言

高模碳纤维也称为石墨纤维，是指碳质量分

数在99%以上的碳纤维，它是由碳纤维经过石墨

化处理制备得到的一种纤维。高模碳纤维具有极

高的模量，以及热膨胀系数小、尺寸稳定性好等

优点，因此通常用于制造刚而薄和尺寸稳定的复合材料构件，并广泛应用于宇宙飞行器及航空航天领域[1]。由于高模碳纤维是在超高温条件下制备得到的，因此对高温设备及高温环境要求较为苛刻。目前，高模碳纤维制备技术也被国外主要碳纤维生产厂家所垄断，如日本东丽公司M60J 模量高达588 GPa ，而国内最近有报道称已经可以量产（百公斤级）相当于日本M40J 水平的高模碳纤