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

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

美國Georgia理工學院的一個研究小組開發出一項新技術，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多年前開發的常規溶液紡絲加工，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，所得的材料強度較低。

經測試，采用凍膠紡絲技術生產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理工學院的連續碳化生產線上生產。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