碳纤维行业150页深度研究报告：高端制造业换装首选材料(10)

1.3 其他类基体碳纤维：特定领域满足特定需求
1.3.1 沥青基碳纤维：弥补 PAN 基碳纤维不能及的高技术领域
沥青基碳纤维以石油沥青或煤焦油沥青为原料，经沥青精制、纺丝、预氧化、 碳化或石墨化等工艺过程，生产出具有弹性模量高、优异的导热率、遇热不易膨胀 等性能的沥青基碳纤维。一般地，沥青基碳纤维分为通用型和高性能型沥青基碳纤 维，然而通用型沥青基碳纤维对原料的预处理要求不高，所以主要应用于体育、吸 附剂等民用方面。高性能型沥青基碳纤维的原料不同，主要为中间相沥青，石墨晶 体有序度高，因此具有十分突出的热导率和模量，是性能优异的热管理材料被应用 于航天、卫星、雷达等军用领域。
市面上 PAN 基碳纤维的最高抗拉强度为 6500 MPa，拉伸模量范围从 230 到 300 GPa 为标准类型，高模量型最高可以到 600 GPa。对于沥青基碳纤维，模量可以从 50 GPa 到 900 Gpa 以上。以中间相沥青为起始材料制备的碳纤维具有定向石墨层纤维 轴，石墨晶体通过位于石墨层内方向(称为“a”方向)的碳碳双键具有极高的强度和 刚性，这种晶体结构反映在最终碳纤维的强度和刚性上，此外极低的热膨胀系数和 极高的导热系数，也是体现在“a”方向上的特性。相反，各向同性的沥青，在“a” 方向上，没有足够的结晶度，所以只能表现出低模量和低导热性能。沥青基碳纤维 的这些特性，与传统的 PAN 基碳纤维有很大的区别。可以通过控制沥青原料特性以 及纺丝工艺条件，来控制最终沥青纤维的性能，来制备规格多样化的沥青纤维。
由于沥青基碳纤维的热膨胀系数为负，通过与其他基质的结合，可以很容易地 实现零热膨胀系数的材料。沥青基碳纤维作为利用其高导热性和负热膨胀系数的新 应用领域，被广泛应用于卫星的天线反射器和太阳能电池板等部件。其高导热性在 电子设备领域也有广泛的应用，如热接口、高导热性线路板等。
通用级碳纤维是由各向同性沥青制备而成，高性能碳纤维则是由中间相沥青制 备而成。其制备工艺与 PAN 基纤维略有不同，主要包括原料调制、熔融纺丝、预氧 化、碳化、石墨化及表面处理。
在制备流程与 PAN 基碳纤维不同的工艺过程为沥青的调制过程。沥青化学成分 相对复杂，因此需要经过一系列的净化及纯化处理，改善其流变性能及调控分子量 以满足纺丝要求。其中，供氢溶剂加氢法存在加氢程度不深、无法有效脱除杂原子、 供氢溶剂成本高昂等问题，造成其工业化规模极低。