可纺沥青组分演化对纺丝性能的影响机制及其在碳纤维稳定性优化中的应用研究

本文系统研究了空气吹扫热聚合法制备的可纺沥青在储存过程中的组分演化规律，发现四氢呋喃可溶(THFS)和不可溶(THFI)组分中杂原子和自由基引发的氧化、交联、聚合反应导致分子量(Mw)增加、软化点升高、相角降低，使材料从粘性向弹性转变并产生脆化，最终影响纺丝稳定性和碳纤维性能。研究为优化可纺沥青稳定性提供了重要理论依据。

　　

Highlight

可纺沥青在储存过程中展现出的性能衰退现象引起了研究者们的高度关注。就像观察一个"分子级的时间胶囊"，我们通过四氢呋喃(THF)溶剂分离技术，将沥青组分拆解成可溶(THFS)与不可溶(THFI)两个"化学世界"。

Material

实验采用介休长龙新材料科技公司提供的煤焦油沥青作为原料，四氢呋喃(THF)购自国药集团。这就像搭建一个"分子厨房"，我们首先用THF对煤焦油沥青进行精制，然后在320°C下进行4小时的空气吹扫热缩聚，烹饪出具有理想纺丝性能的"分子料理"。

Component evolution of spinnable pitch

质谱分析揭示了一个有趣的"分子成长日记"：原始可纺沥青的分子量分布在200-2000 Da范围内，其中300-700 Da组分最为丰富。经过储存后，200-1000 Da的组分显著增加，而1000-2000 Da的"大分子俱乐部"成员也明显增多。THFS组分就像个"杂原子旅馆"，随着储存时间延长，住户（杂原子）数量减少，但每位住户的体重（分子量）却在增加。

Conclusion

这项研究就像解开了一个"材料老化之谜"。我们发现THFS组分的含量从49.70 wt%降至48.90 wt%，而重均分子量(M_w)则从402.3 g/mol增加到...（数据未完整）。这些变化就像给沥青分子装上了"弹簧"，使其软化点、粘度和流动活化能不断升高，最终导致纺丝性能的"体力不支"。