利用碳纳米管开发高性价比强度高的复合碳纤维

碳纳米管是一种新型材料，其强度是钢的100倍，而重量仅为钢的四分之一，导电性与铜一样高。如果可以使用碳纳米管制造纤维，理论上，这些纤维的性能可以超过现有碳纤维，使碳纳米管基纤维成为航空航天，军事和移动行业感兴趣的新材料。然而，在纤维中保持碳纳米管的优越性能是非常具有挑战性的，并且由于碳纳米管的成本极高，这种纤维的商业化是困难的。

由韩国科学技术研究院(KIST)全北先进复合材料研究所的Bon-Cheol Ku博士领导的研究团队与蔚山国立科学技术研究所(UNIST)的Han Gi Chae教授领导的研究团队合作，开发了一种低成本的碳纳米管基复合碳纤维制造技术，具有极高的拉伸强度和高模量。该研究发表在《复合材料B部分：工程》杂志上。

通常，碳纤维是基于聚合物聚丙烯腈(PAN)的高强度纤维或使用来自热解燃料油的沥青的高模量纤维制造的。研究团队开发了一种技术，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提高了模量。

该团队首先使用连续湿纺工艺制造碳纳米管和聚酰亚胺复合纤维，然后应用高温热处理，成功制造了高模量(528 GPa)和高强度(6.2 GPa)的纤维。报告的模量是市售光纤模量(~1 GPa)的6.320倍。

此外，微观结构分析验证了通过减少纤维内的空隙来改善制备材料的物理性能，并且碳纳米管/聚酰亚胺化合物改善了碳纳米管的取向。研究小组能够制造这些极高强度和模量的纤维，同时用低成本聚酰亚胺代替高达50%的碳纳米管，以降低总体成本。

KIST的Ku博士说：“这项研究是有意义的，因为通过使用低成本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。