碳纤维自20世纪40年代开发以来,因其独特的机械性能(高强度/模量)、极佳尺寸稳定性、低热膨胀系数以及出色的导热性和导电性,一直是高性能和极端环境应用领域的关键工程材料。随着汽车制造和发电行业需要更轻、更强的材料来满足客户对效率和安全的需求,对碳纤维的需求正在迅速增长。通常情况下,碳纤维是通过热化学方法将聚丙烯腈 (PAN)、人造丝或沥青三类原纤维之一转化制成。其中聚丙烯腈最常用(占全球碳纤维产量的90%以上),因为其转化相对较高的碳产量,从而产生热稳定和取向良好的碳纤维微结构。
PAN 基碳纤维的机械性能很大程度上取决于将原丝转化为碳纤维所需的稳定化和碳化过程中涉及的各种工艺参数。人们一直致力于通过数值模拟和实验测试对工艺参数进行微调。这些前期研究有力地表明,稳定化和碳化过程对碳纤维的原子尺度结构和机械性能具有主导作用。
PAN 基碳纤维的机械性能很大程度上取决于将原丝转化为碳纤维所需的稳定化和碳化过程中涉及的各种工艺参数。人们一直致力于通过数值模拟和实验测试对工艺参数进行微调。这些前期研究有力地表明,稳定化和碳化过程对碳纤维的原子尺度结构和机械性能具有主导作用。