支持国家关键战略材料研发，作好中间相检测服务

关键词：中间相检测

高品质合成沥青作为高级炭素材料的优质前驱体，拥有十分广泛应用前景和迫切的现实需求。但是我国在制备高品质中间相沥青技术方面远远落后于日本、欧美国家，高端合成沥青必须依赖于进口。

可纺性中间相沥青基碳纤维是国防工业、航空航天、能源(核能)、医学、高端精密装备等急需的关键材料，被美日一致封锁。可以用于生产高端碳素材料的优良前驱体—中间相碳材料以及以中间相沥青为原料的高性能中间相沥青基碳纤维、3D多孔碳、C/C复合材料、石墨烯、核工业石墨、超高表面活性炭、碳微球、高端锂电池负极材料、超级碳纤维、烯碳合金等材料，能有效解决国外对我国在先进材料制备方面的“卡脖子”难题，解决国家关键战略材料的急需。

中间相定义：当分子大小、形状和分布有利时从母相基体中形成的光学各向异性液晶状碳质相。在正交偏振光下带有消光的图像，见图1、图2。

注1：中间相的形成过程遵循以下规律：光学各向同性的沥青在一定温度下（通常在350℃～450℃下）发生分解反应和缩聚反应，形成以缩合稠环芳香族结构为主体的液晶，在表面张力作用下，形成中间相小球（二次 ＱＩ）。

当长大后的中间相小球相互靠近时，各球体内的扁平大分子层面彼此插入，融并后形成中间相复球。当复球增大到表面张力无法维持其球形时，发生形变以至解体形成流动态的各向异性区域。随着中间相含量的增加，最后形成中间相大融并体。见图3ａ）～图3ｄ）。

注2：中间相小球在液相炭化过程中产生，直径几微米至几十微米，具有易石墨化的特性（结晶性高），对其分离、焙烧即得中间相炭微球。

高端碳纤维使用的原料不同性能不同，中间相为原料的碳纤维与聚丙烯腈为原料的碳纤维有以下区别：

1、原料来源：

  中间相沥青基碳纤维：原料为具有各向异性特点的中间相沥青，一般以石油沥青、煤焦油沥青或者纯的芳族化合物制备。

  聚丙烯腈基碳纤维：以聚丙烯腈纤维为原料，由丙烯腈等单体通过聚合反应制成聚丙烯腈，再经过纺丝得到聚丙烯腈纤维原丝。

2、微观结构：

中间相沥青基碳纤维：原料芳烃分子通过缩聚形成大尺寸的平面芳香分子，形成平行堆积的中间相球体，再通过纺丝、牵伸使片层大分子沿纤维轴向取向排列。这种高度取向的片层结构更利于在后续处理中形成石墨微晶。

聚丙烯腈基碳纤维：在预氧化过程中形成热稳定性的梯形结构，在热处理过程中，大量气体挥发后形成更多的石墨层状结构，但石墨化程度通常低于中间相沥青基碳纤维，其结构是乱层石墨结构。

3、性能特点：

中间相沥青基碳纤维：具有比模量高、比强度高、导热性能好、耐腐蚀、抗蠕变、热膨胀系数低、耐高温、电磁屏蔽等一系列优异性能，其中最突出的性能是高模量和高导热性，弹性模量能达到 800GPa 以上，导热系数能达到 800W/（m・K）以上，甚至超过 1000W/（m・K）。

聚丙烯腈基碳纤维：具有高强度、高硬度、重量轻、耐高温、耐腐蚀、优异的电性能等特点。其抗拉强度一般都在 3500MPa 以上，是钢的 7-9 倍，抗拉弹性模量为 230-430GPa。但在模量和导热性方面一般不如中间相沥青基碳纤维。

4、生产工艺：

中间相沥青基碳纤维：生产过程包括原料调制、纺丝、不熔化、碳化、石墨化等处理。需要将沥青原料进行特殊的调制，形成中间相沥青，再进行纺丝等后续工艺，对工艺控制要求较高。

聚丙烯腈基碳纤维：生产工艺主要包括原丝生产、纤维热稳定化处理以及纤维的高温碳化处理。先将丙烯腈等原料通过聚合、纺丝制成聚丙烯腈纤维原丝，然后进行预氧化和碳化等工序。相对来说生产工艺较为成熟和简单。

5、产品成本：

中间相沥青基碳纤维：由于原料调制复杂，生产工艺要求高，且产量相对较低，产品成本较高，价格也比较昂贵。

聚丙烯腈基碳纤维：生产工艺相对成熟，产量较大，原料来源相对广泛，因此产品成本相对较低，在市场上具有较高的性价比，是目前全球碳纤维市场的主流产品，产量占全球碳纤维总产量的 90% 以上。

6、应用领域：

中间相沥青基碳纤维：因其优异的高模量、高导热性等性能，在航空航天、国防军事、高端电子设备等对材料性能要求极高的领域具有广阔的应用前景，可用于制造飞行器的机翼、机身结构件、卫星的高模量天线等，以及作为高端电子设备的散热材料等。

聚丙烯腈基碳纤维：广泛应用于航空航天、国防军事、体育休闲用品、风电叶片、汽车构件、建筑加固材料、船舶、压力容器等众多领域，如制造飞机的结构部件、高尔夫球杆、自行车车架、风电叶片的增强材料等。