木质素/聚丙烯腈基碳纤维的制备及其表征

阳 智, 刘呈坤, 吴 红, 毛 雪

(1. 西安工程大学 纺织科学与工程学院， 陕西 西安 710048； 2. 陕西省纺织科学研究院， 陕西 西安 710038)

碳纤维具有模量高、导电性好和耐腐蚀等优异性能，在高性能纤维增强复合材料、航空航天以及建筑材料等众多领域有着广泛的应用前景[1-2]。聚丙烯腈(PAN)具有高力学强度、高炭化率以及良好的可纺性，是制备碳纤维的主要前驱体原料，但PAN主要来源于不可再生的化石资源，而近年来随着对化石资源过度开发，导致PAN原丝供给受到影响，成本增加[3]。此外，PAN在生产过程中会产生废水，同时在高温炭化过程中会产生有毒有害气体，主要包括氢氰酸和氨等，严重污染环境，因此，寻找可再生、易降解的环保原材料生产碳纤维已成为一种必然的发展趋势[4]。

木质素是自然界中含量仅次于纤维素的第二大类可再生绿色环保生物资源，但由于木质素相对分子质量分布范围广、溶解性差以及化学结构复杂等问题，限制了对木质素的研究与利用，导致大部分木质素被视为废物或直接燃烧，这不仅浪费了资源，而且造成了严重的环境污染[5-6]。近年来，随着人们对木质素结构的不断研究发现，木质素含碳量高达60%，是生产碳纤维的理想原料[7]。通过在木质素溶液中混入可纺性优良的PAN等高分子聚合物，可显著改善其纺丝性能，获得综合性能优异的原丝。利用其制备的碳纤维在锂离子电池、超级电容器以及对有害气体的吸附等领域，具有较大的应用潜力，因此，通过使用木质素部分替代PAN，减少PAN的用量不仅可以实现对木质素资源的有效利用，而且对改善生态环境也有重要意义[8-10]。……