木质素基碳纤维研究新动态

碳纤维作为先进复合材料最主要的增强体，被广泛应用于航空、航天以及高端体育休闲用品等领域。但是，目前市场上90%以上的碳纤维都是以聚丙烯腈(PAN)为原料生产的。PAN来源于不可再生的化石资源，价格高且经常受到国际原油价格波动影响，导致碳纤维生产成本居高不下，极大的限制了应用范围。利用可再生的生物质资源开发碳纤维有望解决目前PAN基碳纤维应用受限、价格过高等问题。

木质素是自然界中含量最丰富的天然芳香族高分子。其作为制浆造纸工业的主要副产物，产量高，成本低，但是至今未能得到有效利用。木质素含有丰富的碳元素和具有较高的碳化收率，是制备碳纤维的理想原料。以木质素为原料生产碳纤维，不仅有利于实现木质素的高值化利用，充分利用可再生资源和保护生态环境，而且还有利于碳纤维的可持续发展，减轻其对化石资源的依赖。

由于木质素是一种三维网状的无定型聚合物，分子量较低且分布很宽，在纺丝过程中难以承受较大的牵伸张力，通常只能制得直径较粗、取向较低的木质素原丝。中国科学院宁波材料技术与工程研究所特种纤维团队采用酯化和自由基共聚两步法改性技术制备了一种具有良好可纺性和热稳定性的木质素-丙烯腈共聚物。采用该共聚物和湿法纺丝工艺制得高质量的连续原丝，经热稳定化和炭化处理后，制得结构致密的碳纤维，为高效利用木质素和进一步提高碳纤维的力学性能奠定了重要基础。