碳纖維作為先進(jìn)復(fù)合材料最重要的增強(qiáng)體，被廣泛應(yīng)用于航空、航天以及高端體育休閑用品等領(lǐng)域。但是，目前市場(chǎng)上90%以上的碳纖維都是以聚丙烯腈（PAN）為原料生產(chǎn)的。PAN來(lái)源于不可再生的化石資源，價(jià)格較高且經(jīng)常受到國(guó)際原油價(jià)格波動(dòng)的影響，導(dǎo)致碳纖維生產(chǎn)成本居高不下、應(yīng)用范圍受到極大的限制。利用可再生的生物質(zhì)資源開(kāi)發(fā)碳纖維有望解決目前PAN基碳纖維價(jià)格過(guò)高、應(yīng)用受限的問(wèn)題。

 

　　木質(zhì)素是自然界中含量最豐富的天然芳香族高分子。其作為制漿造紙工業(yè)的主要副產(chǎn)物，產(chǎn)量巨大，成本低廉，但是至今未能得到有效利用。木質(zhì)素含有豐富的碳元素和具有較高的碳化收率，是制備碳纖維的理想原料。以木質(zhì)素為原料生產(chǎn)碳纖維，不僅有利于實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素的高值化利用，充分利用可再生資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，而且還有利于碳纖維的可持續(xù)發(fā)展，減輕其對(duì)化石資源的依賴(lài)。

 

　　但是，木質(zhì)素基碳纖維的研究與開(kāi)發(fā)目前仍然面臨著許多挑戰(zhàn)，如滿足碳纖維制備要求的“三高”（高純度、高分子量和高碳含量）木質(zhì)素原料的供應(yīng)體系尚未形成，木質(zhì)素自身紡絲成型極其困難。木質(zhì)素是一種三維網(wǎng)狀的無(wú)定型聚合物，分子量較低且分布很寬，在紡絲過(guò)程中難以承受較大的牽伸張力，通常只能制得直徑較粗、取向較低的木質(zhì)素原絲。

 

　　寧波材料所特種纖維團(tuán)隊(duì)采用酯化和自由基共聚兩步法改性技術(shù)制備了一種具有良好可紡性和熱穩(wěn)定性的木質(zhì)素-丙烯腈共聚物。采用該共聚物和濕法紡絲工藝制得高質(zhì)量的連續(xù)原絲，經(jīng)熱穩(wěn)定化和炭化處理后，制得結(jié)構(gòu)致密的碳纖維，為高效利用木質(zhì)素和進(jìn)一步提高碳纖維的力學(xué)性能奠定了重要基礎(chǔ)。

 

　　該工作的部分研究結(jié)果已發(fā)表在ACS Sustainable Chem. Eng.（2016, doi: 10.1021/acssuschemeng.5b01442）、J. Mater. Sci.（2017, doi:10.1007/s10853-017-0977-x）等國(guó)外期刊上，更多研究結(jié)果陸續(xù)整理發(fā)表中。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21404111）和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新能源汽車(chē)專(zhuān)項(xiàng)”（2016YFB0101702）等項(xiàng)目的支持。

 

 

木質(zhì)素-丙烯腈共聚物原絲照片