碳纤维吉帕T1000拉伸强度（碳纤维T700）「碳纤维吉它」

　　高性能纤维是衡量一个国家科技发展程度的紧张标记，此中碳纤维技能的发展尤其引人关注。各种有机或生物质纤维可通过碳化形成碳纤维，此中典范代表是基于聚丙烯腈(PAN)纤维碳化之后形成的碳纤维?碳纤维的理论拉伸强度为180吉帕,拉伸模量为1020吉帕,如今高强碳纤维(T1000)的拉伸强度可达7.02吉帕,高模碳纤维(M70J)的杨氏模量可达690吉帕,分别为其理论值的4%和68%,与理论值尚有较大差距。因此，优化碳纤维的布局性能，低落生产本钱，镌汰生产过程中挥发组分排放是人们必须办理的关键题目。

　　聚丙烯腈的碳产量约在50％-55％，这使其在很多范畴的应用受到限定。因此，人们渐渐将留意力转向怎样实现碳纤维的低本钱化。美国橡树岭国家实行室早在2003年就开始探索采取其他生物质纤维或丙烯腈共聚物来优化碳纤维的本钱和性能欧盟也将研发重点渐渐转移到发展低本钱碳纤维上来，这重要源于汽车、轨道交通和电力运送等很多与人们生存密切相干的大宗应用范畴需求。

　　石墨烯纤维的外貌形态

　　然而，石墨烯纤维则有望改变现有碳纤维的生产方式，并将大幅镌汰能耗和污染物排放，明显低落碳纤维的本钱。差别于传统碳纤维需优化聚合物纤维的布局和和氧化碳化工艺参数，石墨烯纤维的上风在于直接采取碳纤维构造单位来纺丝，因而可以根据碳纤维布局和性能的要求选择适量石墨烯配制纺丝原液，从而实现碳纤维布局性能的快速优化。

　　美国伦斯勒理工学院最新的研究结果表现：采取质量分数为30%的小尺寸石墨烯(0.8微米)和70%的大尺寸(23微米)氧化石墨烯制备的石墨烯纤维在惰性氛围和2850℃高温退火处理惩罚1小时后可实现1290瓦／（米.开）的热导率、2.21x105西/米的电导率以及940-1080兆帕的拉伸强度。只管力学性能仍低于现有高品格碳纤维，但该石墨烯纤维的热导率显着高于贸易沥青基碳纤维，而且具有优秀的导电性能，现阶段即可在电力运送等范畴应用。

　　实际上，无论是石墨烯纤维的力学性子，还是导热导电性子，归根结底都取决于石墨烯自身布局和纤维微观布局的优化。关键在于优化纺丝条件、石墨烯自身片层布局、以及石墨烯片层之间有效的层间连合。对于宏观石墨烯纤维而言，微观的片层聚集布局和层间相互作用将主导终极的各项性能。

　　如今绝大多数的墨烯纤维多采取氧化石墨烯为构造单位制备成纺丝溶液后纺丝得到，随后通过高温热处理惩罚再撤除外貌含氧官能团来美满石墨烯晶区布局。但同时也会由于气体溢出导致内部安定率增大、片层之间相互作用力减弱等负面结果。正因云云，伦斯勒理工学院的研究职员采取大片和小片氧化石墨烯连合，使小片层石墨烯插层于大片层石墨烯之间来克制宏观纤维孔隙率的低落和层间相互作用的弱化。但如许的连合存在肯定的优化区间，比方只有当小片层石墨烯含量在30%左右时，石墨烯纤维才可以表现出较好的综合性能。

　　片层之间相互作用是决定石墨烯纤维力学以及导热导电性子的关键环节。如今，由于大多数石墨烯纤维是基于氧化石墨稀制备而成，钙、镁等金属离子以及聚合物已被用来改善氧化石墨烯片层之间相互作用。然而，只管相比单纯氧化石墨烯纤维或还原的氧化石墨烯纤维有明显改善，改性后石墨烯纤维的力学强度和电学性能仍明显低于前述小片和大片石墨烯连合形成的纤维体系，这意味着仅仅通过层间金属离子的键相助用，大概引人聚合物增长层间黏结，对于大幅提拔石墨烯纤维的综合性能是困难的。连合碳纤维自身的微观布局及相应的性能优化方式，假如能在石墨烯片层之间形成雷同于碳纤维中的C-C共价连策应该是有利的，这方面仍需开展一系列体系化的研究。

　　小烯评

　　如今，石墨烯纤维性能与现有碳纤维相比虽仍有较大差距，但思量到石墨烯制备技能以及本钱、种类和性能优化等方面的快速发展，石墨烯显然为发展高性能碳纤维、低本钱差别化碳纤维提供了有效途径。以及现有的研究和财产化底子，可以信托在将来３-５年内，低本钱石墨烯纤维势必极大拓显现有碳纤维在汽车、能源、可穿着装备以及电力构筑等各范畴的应用范围，并能产生明显的社会和经济效益！