中间相沥青基碳纤维到底有什么魅力？国家为什么要大力发展？

在2019年12月初，工信部印发的《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019年版）》中，首次将中间相沥青基碳纤维加入到关键战略材料中。

为什么国家会如此重视中间相沥青基碳纤维的发展呢？

沥青基碳纤维的发展历史

1963年

日本大谷杉郎发现聚氯乙烯热解沥青、木质素沥青和煤焦油沥青等经过纺丝、不熔化、碳化处理都可制成碳纤维；

1970年

日本吴羽化学工艺公司在大谷杉郎工作的基础上建成10 t/月规模的通用级沥青基碳纤维短丝的生产装置；

1976年

1976年美国联合碳化物公司制得高性能沥青基碳纤维，建成了240 t/a规模的生产装置。然而，鉴于其技术难度大，其后基本没有企业参与开发，直到1985年日本在这方面的研究工作取得新的突破性进展后，才在钢铁、石油、煤炭、化纤等行业重新掀起试生产的热潮。

1987年9月

日本三菱化成建成500 t/a的高性能沥青基碳纤维的装置，标志着沥青基碳纤维已处于向工业化过渡的新阶段。

沥青基碳纤维的分类

沥青基碳纤维按其性能的差异又分为通用级沥青碳纤维和高性能沥青碳纤维，前者由各向同性沥青制备，又称各向同性沥青级碳纤维，后者由中间相沥青出发制备，故又称为中间相沥青级碳纤维。

什么是中间相沥青基碳纤维？

中间相沥青基碳纤维是一种高模量高性能碳纤维。以煤焦油沥青、石油沥青等为原料，生产步骤包括调制可纺中间相沥青、沥青纺丝、预氧化、碳化及石墨化四大步骤。

中间相沥青基碳纤维性能优势

1. 高模量：中间相沥青基碳纤维具有极高的弹性模量，是其他材料无法媲美的。可用于航天飞行器、大型飞机、机器人手臂、风电叶片、压力容器、工业辊轴、建筑补强领域等。

图片来源：novcarb

2. 高导热：中间相沥青基碳纤维可以具有极高的导热系数，能有效解决火箭喷嘴、飞行器发动机壳体、刹车系统、高密度集成电路、电车顶部集电器、工业换热器等部件的热转移问题，实现高效的热管理。

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3. 低膨胀系数：中间相沥青基碳纤维热膨胀系数趋近负数，能够保证相关部件在高温或温度变化频繁的苛刻环境中正常工作而本身形态及性能不发生改变。

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4.  ……

中间相沥青基碳纤维的特性应用

1. 航天器在大气层中高速飞行时，舱体表面温度可达到1500℃，尾部喷管承受温度在2000℃以上，而且要经历温度骤变的过程，对材料导热性能要求近乎苛刻。中间相沥青基碳纤维制成的C/C复合材料用于火箭喷嘴、发动机喷管、燃烧室等部位能保证相关部件正常工作。

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2. 高性能沥青基碳纤维复合材料可用于制造卫星和空间站的承力筒、蜂窝面板、基板、相机镜筒、天线反射器等。

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3. 高导热中间相沥青基碳纤维在5G领域中的应用

5G作为高速高功率通信技术，对导热要求极为苛刻，传统导热方案已经无法满足要求，新的导热技术必须有质的变化才能应对如此复杂的过热环境。中间相沥青基碳纤维将成为解决5G领域导热问题的核心材料。

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4. 高性能沥青基碳纤维，不但强度高重量轻，而且在高温下模量几乎不受影响，是理想的炮筒材料。

图片来源：刘怀成-中间相沥青基碳纤维的工程化制备

5.……

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