石墨烯用於碳纖維_纖維 (#33*) *進行中

2015-6-18

哈，我懂了。原來要做好石墨烯的訣竅是從後端的「應用技術」回頭找到前端的「合成技術」來組配，石墨烯本身像是藥材，每種都不一樣。在前篇紙纖維前言部分已經介紹過碳纖維的分類，這篇我們來討論機理與工藝部分。而在這個同時我也看到報導三名日本人因對華出口碳纖維而被捕，對照中國強力扶持碳纖維產業的窘境真令人情何以堪呀。

這篇談到纖維類應用技術的碳纖維。美國Rice大學在 2013年以石墨烯氧化物 (GO)為基材，在室溫下利用濕式紡絲法 (wet spinning)織出強韌的石墨烯碳纖維，經高溫回火後可能更強韌。原理在平均片徑 20微米的石墨烯微片藉由凡得瓦力聚集靠攏，長徑比大的石墨烯在室溫下拉伸為纖維時，會像魚鱗般緊密附著成有序排列。其實我們就是根據這個道理來做好碳纖維，訣竅在﹕模數取決於取向性、而強度取決於缺陷。

我們先來看碳纖維的製造工藝包括紡絲 →預氧化 (穩定化)→碳化 →石墨化，將PAN母材纖維燒成強高強度之碳纖維中間過程必須經過一個重要的步驟，即穩定化 (stabilization)，這個處理過程之適當性影響後續燒結最終成品之碳纖維機械性能甚巨。穩定化過程系PAN母材纖維在氧氣環境下，低溫狀況下施以一定之張力做熱處理，這時PAN纖維之化學結構發生變化，由原線性分子結構轉變成環狀分子結構，其熔點亦隨著分子結構之不同而逐漸升高。穩定化過程主要有三種反應﹕環化反應 (cyclization)、脫氫反應 (dehydrogenation)及氧化反應 (oxidation)，而穩定化過程通常是PAN纖維在氧化氣流下空氣溫度範圍在 180~300℃，控制加溫速度一般為 1~2 ℃/min。

我們選定石墨烯氧化物是希望透過其官能基在加熱過程中與纖維結合牢固，一則我們的石墨烯缺陷少，將有助於提升強度﹔一則我們希望透過物理吸附原理讓石墨烯像鱗片般排列在纖維表面，這點涉及分散性，而我們也已經做到了。基於我們在台灣進行以焦煤做原料進行Pitch系碳纖維的研發，我目前在技術上倒不擔心，只在等待中國碳纖維產業提供後端製程設備與我合作開發的機會了。

nn山東或吉林的領導呀，看到這篇文章趕快來找我把碳纖維搞好吧。
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