Georgia Institute of Technology:凍膠紡絲技術生產(chǎn)高強碳纖維

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Georgia Institute of Technology:凍膠紡絲技術生產(chǎn)高強碳纖維

美國Georgia理工學院的一個研究小組開發(fā)出一項新技術，為碳纖維的強度和模量建立了一個新的里程碑。新技術采用凍膠紡絲技術加工聚丙烯腈(PAN)共聚物，制備碳纖維，已開發(fā)的新一代碳纖維的強度和模量都高于任何最新報道的連續(xù)纖維。此外，研究工作表明，凍膠紡絲方法為更好地改進碳纖維提供了一個途徑。

在凍膠紡絲中，首先是將溶液轉化為凍膠。這種技術將聚合物鏈纏繞在一起，產(chǎn)生強大的鏈間作用力，以提高抗拉強度。凍膠紡絲也能增加纖維的定向取向，同樣也提高了強度。與之相比，60多年前開發(fā)的常規(guī)溶液紡絲加工，即將聚丙烯腈共聚物溶液直接轉化為固體纖維，而沒有中間的凝膠狀態(tài)，所得的材料強度較低。

經(jīng)測試，采用凍膠紡絲技術生產(chǎn)的碳纖維的極限抗拉強度達5.5～5.8 GPa，拉伸模量達354～375 GPa，且在很短的長度上，測得纖維的抗拉強度高達12.1 GPa，這一抗拉強度值為所報道過的聚丙烯腈基碳纖維中的最高值。納米級測量顯示，這些凍膠紡碳纖維的內部結構相比最先進的商業(yè)碳纖維(如IM7)缺陷更少。另外，采用凍膠紡絲的纖維比采用溶液紡絲的纖維高分子鏈纏結度更低，凍膠紡纖維的纏結數(shù)量少是由于凍膠紡絲采用的聚合物濃度比溶液紡絲法的低。

這種凍膠紡碳纖維已在Georgia理工學院的連續(xù)碳化生產(chǎn)線上生產(chǎn)。該項目是美國國防高級研究計劃局(DARPA)資助的980萬美元項目之中的一個子項目，項目目的是提高碳纖維材料的強度。

孫虹 譯王依民 校