韩国科研所使用碳纳米管开发成本效益高、强度高的碳纤维复合材料

【蜂耘网  新材料】碳纳米管是一种新型材料，其强度是钢的100倍，重量仅为钢的四分之一，导电率与铜一样高。如果可以使用碳纳米管制造纤维，理论上，这些纤维可以超过现有碳纤维的性能，从而使基于碳纳米管的纤维成为航空航天、军事和未来移动行业的新材料。然而，在纤维中保持碳纳米管的优异性能是非常具有挑战性的，并且由于碳纳米管的极高成本，这种纤维的商业化很难实现。

韩国科学技术院（KIST，Seok Jin Yoon院长）全北先进复合材料研究所的Bon-Cheol Ku博士领导的研究小组与蔚山国家科学技术院（UNIST，Yong Hoon Lee院长）的Han Gi Chae教授领导的研究小组合作，开发了具有极高抗拉强度和高模量的碳纳米管基碳纤维复合材料低成本制造技术。

碳纤维以及由聚合物和碳纳米管组成的高强度/高弹性复合纤维的比较

一般来说，碳纤维被制造成基于聚合物聚丙烯腈（PAN）的高强度纤维或使用从热解燃料油中提取的沥青的高模量纤维。研究小组开发了一种技术，通过利用碳纳米管和聚酰亚胺（PI），在保持高强度的同时大大改善了模量。该研究小组通过使用连续湿法纺丝工艺最初创建碳纳米管和聚酰亚胺复合纤维，然后应用高温热处理，成功地制造了具有高模量（528 GPa）和高强度（6.2 GPa）的纤维。报告的模量是市售纤维的1.6倍（约320GPa）。

此外，微观结构分析证实，通过减少纤维内的空隙，制造的材料的物理性能得到了改善，而且碳纳米管/聚酰亚胺化合物改善了碳纳米管的取向。研究小组能够制造出这些极高强度和模量的纤维，同时用低成本的聚酰亚胺取代多达50%的碳纳米管以降低总体成本。

KIST的研究人员说："这项研究很有意义，因为通过使用低成本的聚合物，可以大大降低碳纳米管基碳纤维的制造成本"。他补充说："这些新型碳纤维过去由于成本高而难以商业化，预计将用于航空航天、军事和未来的移动行业。"这项研究是通过KIST的K-Lab和开放研究计划以及贸易、工业和能源部的材料部件技术开发项目进行的。

（蜂耘新材料网  责任编辑：似也）