刘金昌，杨 帅，解 强，梁鼎成

（中国矿业大学（北京） 化学与环境工程学院，北京 100083）

0 引 言

碳纤维的发现可以追溯到19 世纪末，工程师利用天然植物纤维为原料，将其炭化制得的碳纤维用作白炽灯灯丝［1］。 碳纤维行业经过长期的发展，尤其从20 世纪中期开始，随着人类对太空探索的需要，碳纤维作为耐高温的高强度材料得到了越来越多的重视，美国首先以植物纤维为原料，实现了碳纤维的工业化生产［1-2］。 现今的碳纤维凭借其优异的强度性能，在航空航天、国防工业、建筑增强、体育用品、医疗器械等多种行业应用广泛［3-6］。 碳纤维是由含碳元素为主（质量分数大于90%）的有机纤维在惰性气氛中经高温炭化而形成的具有优异抗拉强度和杨氏模量的纤维状炭化合物［1］。 为保持有机纤维在炭化过程中不熔融且不发生剧烈分解反应，通常在炭化前，需要对其进行预氧化处理［7-9］。 有机纤维经过炭化过程的热处理后，增加了石墨微晶结构沿纤维轴向的择优取向，进而提升了碳纤维强度性能［8，10-11］。 迄今，能够工业化稳定、连续生产地碳纤维有：以聚丙烯腈为前驱体的聚丙烯腈基碳纤维、以中间相沥青为前驱体的中间相沥青基碳纤维和以各向同性沥青为前驱体的各向同性沥青基碳纤维［8，10-14］。 其中，聚丙烯腈基碳纤维和中间相沥青基碳纤维具有优异的抗拉强度和杨氏模量，也被定义为高性能碳纤维（抗拉强度＞2 GPa；杨氏模量＞250 GPa）；而各向同性沥青基碳纤维的抗拉强度和杨氏模量均较差（抗拉强度＜1.4 GPa；……