碳纤维行业150页深度研究报告：高端制造业换装首选材料(11)

各向同性沥青的制备方法包括减压搅拌热缩聚法、刮膜蒸发器法、空气鼓 入氧化法、硫化法等。各向同性沥青制备的本质是在热解反应过程中，体系 发生脱氢、交联、缩合等反应，除去沥青中的轻组分，形成高软化点缩合 物，同时抑制各向异性结构的产生。
高性能沥青基碳纤维制备的关键就在于可纺性中间相沥青的制备，要求中 间相沥青即具有高度各向异性，又具有良好的纺丝性，因此，必须选择合适 的中间相沥青制备方法。中间相沥青制备的本质是在热解过程中，体系发 生裂解、脱氢、缩合等一系列反应，形成相对分子质量在 370-2000 之间的 具有各向异性结构的向列型液晶物质。
调制好的沥青在纺丝之前要进行充分过滤和脱泡，除去一切杂质和气泡，因为 它们的存在严重影响纺丝和碳纤维的力学性能。沥青纺丝可以采用一般合成纤维工 业采用中常用的熔融纺丝法，如喷吹法、挤压式、离心式、涡流式等。
纺丝压力和纺丝速率也是纺丝工艺中重要的影响参数。纺丝压力太小，熔体流 量难以满足纺丝的连续性，容易发生断丝现象；纺丝压力太大，所得纤维直径太粗 又会导致纤维物理性能的大大降低纺丝速率，对纤维的直径及取向度产生影响；纺 丝速率越大，纤维受到的牵伸力增大，取向度越高。沥青熔体固化速度很快，且固化 后由于纤维本身的脆性难以再次牵伸，因此为得到性能较高的碳纤维，在纺丝阶段 需要对纺丝压力和纺丝速率进行调控，得到合适直径的纤维原丝。

沥青纤维必须通过碳化，充分除去其中非碳原子，最终发展碳元素所固有的特 性；但由于沥青的可溶性和粘性，在刚开始加温时就会粘合在一起，而不能形成单 丝的碳纤维，所以必须先进行碳纤维的预氧化处理。另外预氧化还可以提高沥青纤维的力学性能，增加碳化前的抗拉强度。沥青纤维在氧化过程中发生了十分显著的 化学变化和物理变化,其中最主要的变化是分子之间产生了交联，使纤维具有不溶解、 不熔融的性能。目前，预氧化有气相法和液相法两种，气相法氧化剂通常采用空气、 NO2、SO3、臭氧和富氧气体等；液相法氧化剂采用硝酸、硫酸、高锰酸钾和过氧化氢 等溶液。