调控煤液化各向同性沥青氧结构提升通用级碳纤维力学性能

本文系统研究了通过空气氧化法调控煤液化各向同性沥青（IP）分子结构的新策略，重点揭示了含氧官能团（-COOH、C=O）在碳纤维（IPCFs）制备过程中的演化规律及其对纤维力学性能的强化机制，为低成本制备高性能通用级碳纤维提供了创新路径。

　　

亮点

• 通过低成本空气氧化法成功制备可纺性各向同性沥青（IP）

• 系统阐明了不同氧化温度下含氧官能团的演化规律

• 发现C=O基团的高热稳定性有助于提高碳化收率

• 优化后的碳纤维拉伸强度提升53.3%至1150 MPa

CLP和CLP-TS的分子结构分析

CLP和CLP-TS的基本性质总结见表1。CLP的高溶解度（TS组分达80.7%）显著降低了溶剂萃取过程中的原料损耗，为低成本IP生产奠定基础。经甲苯萃取分离后，CLP-TS的灰分含量从435 ppm降至87 ppm，软化点显著降低。元素分析显示CLP-TS的H、C含量较CLP增加，而N、S、O元素含量明显减少。

结论

本研究通过经济高效的空气氧化工艺，以CLP为原料成功制备出100%各向同性沥青及其对应碳纤维。分子结构和含氧官能团分析表明，当氧化温度从310℃升至350℃时，CLP脂肪族侧链的C-H键优先被氧化，随后芳香族C-H键发生氧化。随着氧化反应进行，-COOH含量逐渐减少，而C=O含量同步增加。但过高氧化温度（>340℃）会导致脂肪族和环烷结构分解，产生更多活性氧化位点，反而促使-COOH含量回升和C=O含量下降。C=O基团更高的热稳定性有助于提升稳定化纤维的碳化收率，从而显著改善IPCFs的力学性能。