1、收稿日期：2 0 0 7 - 1 1 - 2 7 ； 修回日期：2 0 0 8 - 0 2 - 1 0基金项目：9 7 3计划 （2 0 0 6 6 0 5 3 0 4 ）、国家 ”十一五 ”8 6 3计划 （2 0 0 6 0 6 3 8 2）、国家重点自然科学基金 （5 0 3 3 3 0 7 0）和国家自然科学基金（5 0 6 7 3 0 1 1 ）。作者简介：刘杰 （1 9 5 2 - ） 男 北京人 教授 博士生导师 国家炭纤维工程技术研究中心 炭纤维工程与技术研究室主任 主要从事高性能炭纤维与功能炭纤维的基础研究与工程化研发。 - ： 文章编号：1 0 0 7 - 8 8 2 7（
2、2 0 0 8 ）0 2 - 0 1 7 7 - 0 8预氧化过程中 纤维皮芯结构的变化刘杰 李佳 王雷 马兆昆 梁节英（北京化工大学 新型高分子材料的制备与加工北京市重点实验室 北京 1 0 0 0 2 9 ）摘要：借助红外测试 （ - ）、元素分析 （ ）、扫描量热分析 （ ）和扫描电子显微镜 （ ）系统研究了五种聚丙烯腈 （ ）纤维在预氧化过程中纤维皮芯结构的变化、差异、规律及其与热化学反应、结构变化的关联。 结果表明：预氧化过程中 纤维皮芯比的变化与纤维组成、结构和致密性等化学与物理性质密切相关。 在一定预氧化条件下 皮芯比的变化与纤维热化学反应特性的差异、直径收缩率和密度的变化存在良
3、好的对应关系。 最终预氧化纤维的皮芯比与炭纤维的力学性能密切相关。关键词：炭纤维； 聚丙烯腈 （ ）； 预氧化； 皮芯结构中图分类号： 3 4 2 7 4 1文献标识码：1 前言聚丙烯腈 （ ）纤维的预氧化是制备高强度炭纤维的重要过程1 2。 近期研究表明：在通常预氧化条件下 （ 2 0 0 3 0 0 ） 纤维的皮芯结构将阻碍氧的进一步扩散 增加纤维径向组成与结构的不均匀性 致使预氧化纤维结构中产生新的缺陷。同时 预氧化纤维径向化学组成的不同将使其炭化反应历程与速率产生差异 从而在炭纤维结构中形成晶格缺陷和残余应力进而严重影响力学性能3 4。 因此 研究 纤维预氧化条件对皮芯结构的演变机制
4、皮芯结构与纤维热化学反应、结构变化的关联； 研究有效表征、控制纤维皮芯结构演变的方法 实现 预氧化纤维及炭纤维径向均匀结构和最少缺陷 （晶格位错 ）的可控化 对于改进炭纤维的生产工艺 提高炭纤维的性能显得尤为重要。 但是目前这方面的相关研究尚不多见。前人关于皮芯结构与化学反应的变化已做过一定研究5 但多局限于某一种特定纤维。 为科学解析热化学反应、结构变化与皮芯结构间的内在关联笔者通过对比的方法 采用 - 、 及 等研究手段 系统研究了国内外多种纤维皮芯结构变化特征与热化学反应、结构变化的内在联系。 重点研究了 纤维在预氧化过程中皮芯结构变化的规律、差异及其与反应速率、结构等变化的关系。 探讨
5、了以皮芯结构表征 “广谱 ”纤维热化学反应、结构转变的可行性 以期建立以皮芯结构为解析、表征及控制炭纤维结构性能的方法 为优化炭纤维连续化实验工艺参数提供基础数据与依据。2 实验2 1 原纤维实验所用 原丝：英国 公司生产的 原丝 （ - ）、日本 - 株式会社生产的 原丝 （ - ）、日本 - 株式会社生产的 原丝 （ - ）、吉林化学工业有限公司生产的 原丝 （ - ）、北京化工大学的 原丝 （ - ） 均为1 。2 2 试样制备预氧化实验中 保持纤维长度恒定 以 5 的升温速率 在以空气为氧化介质 （流量为1 ）的三段加热式热处理炉中进行。2 3 性能测试2 3 1 皮芯结构采用环氧树脂
6、包埋切片法 在光学显微镜下放大1 0 0 0倍进行观察并测量纤维的皮芯结构 （见图1 ） 每个样品测 5 0 根单丝横截面的外径与芯部直径 并取其平均值。 图 1中 为纤维截面半径为纤维芯部半径。第 2 3卷第 2期2 0 0 8年 6月新型炭材料 2 3 2 2 0 0 8皮芯比 （ ）测量公式： （ ） 2 2 2 1 0 0 图 1 皮芯结构示意图 1 2 3 2 体密度2 5 下 将待测纤维烘干后剪碎为 0 5 的短切纤维投入由四氯化碳和正庚烷配置的平衡溶液中 调节溶液比例使纤维悬浮 并维持悬浮 4以上。 用比重计测定溶液密度 即为待测纤维的体密度。2 3 3 傅立叶红外光谱采用 公司
7、生产的 - 测试仪。 其频谱范围在 4 0 0 1 40 0 0 1之间 分辨率达4 1 扫描4 0 次2 3 4 元素分析采用意大利 1 1 0 6型元素分析仪。 样品经真空干燥扣除水分后测定 、 、含量 余值为 含量。2 3 5 热性能采用美国 - 公司生产的 - 2 型扫描量热分析仪。 样品经丙酮洗涤 于 1 0 5下烘3 0 后取出 剪成长度小于 2 的短纤维 称取2 （ 0 2 ） 以 5 的升温速率 在空气气氛中进行测试。2 3 6 扫描电子显微镜采用英国 公司生产的 8 0 1 0型扫描电子显微镜 真空镀金2 3 观察炭纤维截面皮芯结构。2 3 7 炭纤维力学性能测试采用英国 -
8、 1 1 2 1万能材料试验机 依据 国 标 进 行 试 样 的 制 备 与 测 试。 加 载 速 度2 夹头间距2 0 0 每组测5 0 根炭纤维单丝的抗拉强度。3 结果与讨论3 1 纤维皮芯比和预氧化温度之间的关系图2 为不同预氧化温度下 - 纤维的皮芯结构照片。 由图2 可以看出 在空气中预氧化时 随着预氧化温度的升高 - 纤维横截面皮芯结构逐渐形成 颜色逐渐加深。 这种颜色的变化可认为源于聚合物中形成了甲亚胺、多烯之类的发色基团结构6。 如多亚胺键所致。图2 中纤维外部变黑的皮层代表完全稳定的聚合物 而芯部则是由不稳定或部分稳定的聚合物构成7 8。 氧向纤维内部扩散的速率决定了初期皮层
9、的厚度。 初期温度愈高 皮层内氧化结构浓度愈高皮层愈黑。 已形成的皮层将阻碍氧进一步向纤维内部扩散 使氧化反应的界面移动速率降低。2 1 0 下 热场所提供的能量尚不能达到 大分子环化时分子构象重排的能垒 尤其 - 、 - 两种纤维的环化起始温度较高不足以大量引发环化反应 仅形成部分亚胺、多烯类的发色基团结构6。因此 纤维截面由皮层至芯部仅有颜色深浅的均匀变化 尚未呈现出明显界面或 较小。图3 所示纤维 随预氧化温度的变化。 在2 2 5 2 4 0 范围内 由于热化学反应的作用 五种预氧化纤维都呈现出明显的皮芯结构 其中 - 纤维的 较大 有利于纤维径相结构的均一化。在2 4 0 2 6 0
10、 之间 由于纤维之间预氧化反应剧烈程度的差异 导致纤维 增加速率不同。 在2 6 0 2 8 0 范围内 - 纤维 的增长速率明显下降。 表明已形成的皮层阻碍了氧向纤维内部的进一步扩散 造成纤维内部新的缺陷。 而另外四种纤维皮芯比增长速率较快 表明其均质化过程优于 - 纤维。 在2 8 0 3 0 0 间 部分纤维 变化缓慢。 解析图4 、图5 可知 纤维的氧化反应速率被通过氧化外层的氧扩散所控制。 外层向芯部移动的动力学速度在一定热处理温度下是时间的函数 并且与时间的平方根成正比。 预氧化不充分时 预氧化纤维的皮芯结构在炭化过程中形成炭纤维的两相结构 （如图 6 ）。 在同样热处理条件下 其
11、裂构机理不同 张力负荷下的收缩伸长也不一样。 芯部产生的微晶排列的规整程度比皮层低 择优取向亦较差这样就使炭纤维的力学性能变差9 - 1 1。 由图 7 - 纤维的 与炭纤维抗拉强度之间的关系得出随纤维 增大 炭纤维的抗拉强度呈现先增大后减小的趋势。 这主要由于 过小时 纤维芯部预1 7 8 新型炭材料第 2 3卷图 2 - 纤维不同预氧化温度下皮芯结构照片（ ）2 1 0 （ ）2 2 5 （ ）2 4 0 （ ）2 8 0 2 （ ）2 1 0 （ ）2 2 5 （ ） 2 4 0 （ ）2 8 0 图 3 纤维 与预氧化温度之间的关系 3 氧化不充分 易在炭化过程中形成新的缺陷使炭纤维的
12、力学性能降低。 若纤维的 过大 则会造成纤维表面含氧官能团增加 导致炭化过程中炭纤维表面的小分子化 脱碳与缺陷增加 致使炭纤维抗拉强度下降。 而制备 “无芯 ”纤维 需要在低温下长时间预氧化1 2 易造成纤维含氧量过高 同样会导致炭化过程纤维表面小分子化 不利于炭纤维力学性能的提高； 同时 低温长时间预氧化的生产成本亦较图 4 - 纤维氧原子含量与 1 2之间的关系 4 - 高 所以在炭纤维形成中应控制恰当的 来获取高性能炭纤维。 由图 7可看出 - 纤维的 在8 8 8 9 时 炭纤维的抗拉强度较高。3 2 纤维皮芯结构与热化学反应的关系解析表1 结果可获知 五种 纤维的起始环化温度都低于相
13、同升温速率下均聚 纤维的起始 环化温度 （2 3 3 1 ）1 3。这是由于 纤维的1 7 9 第 2期刘杰 等：预氧化过程中 纤维皮芯结构的变化图 5 皮层厚度随预氧化时间平方根的变化 5 图 6 炭纤维截面的皮芯形态结构 6 图 7 - 纤维的 与炭纤维抗拉强度的关系 7 - 共聚物中含有少量甲叉丁二酸 （ ）所致1 4。 热化学反应一旦引发 大分子就会经过异构化形成亚胺结构 使整个反应速度变慢 降低了共聚纤维的初始环化温度1 5 从而减缓了 纤维初始反应的剧烈程度。 - 和 - 两种纤维起始环化反应的放热温度 （分别为 2 3 0 9、2 2 5 6 ）高于 - 、 - 和 - 三 种
14、纤 维 （2 0 0 3 、 2 0 0 9 和2 0 0 9 ） 说明 - 和 - 两种纤维的化学组成或含量有别于另外三种纤维。 这种现象与图 3五种 纤维在 2 2 5 2 4 0 范围内 变化结果相吻合。 - 纤维的环化反应放热峰峰值温度较低表 1 纤维 测试结果 1 - - - - - 1 - 8 5 1 51 4 52 7 2 82 0 0 93 0 8 2 - 8 6 5 41 7 22 6 7 42 0 0 33 0 0 5 - 9 3 9 11 5 02 8 2 42 3 0 93 0 9 9 - 8 4 9 21 9 92 6 6 62 0 0 93 0 0 5 - 8 8
15、4 51 7 02 5 9 32 2 5 63 0 4 0（ 2 5 9 3 ） 验证了图3中 2 6 0 2 8 0 范围内 -纤维皮芯比变化的结果。 - 纤维放热峰峰值温度较高 （ 2 8 2 4 ） 与图 3中 2 8 0 3 0 0 范围内 - 纤维皮芯比的变化也形成良好的对应。 纤维放热峰峰值温度与放热起始温度的差值 （ ） 则反映了纤维预氧化反应的剧烈程度 值越大说明预氧化反应越缓和 反之 说明预氧化反应越剧烈。 表 1中 除 - 纤维 其他四种纤维的 值均大于均聚纤维的 值 （4 7 6 ）1 3。 说明单体 的加入降低了 纤维反应的活化能 促进了环化和交联反应 从而使预氧化放热
16、反应趋于缓和。 五种纤维的 值大小依次为 - （7 2 ）、 - （ 6 7 1 ）、 - （ 6 5 7 ）、 - （ 5 1 5 ）和 - （3 3 7 ）纤维 与图3 中 2 4 0 2 6 0 范围内 五种纤维 变化一致。为进一步解析 纤维预氧化过程中化学反应与皮芯结构变化的关联 分析了 - 纤维在不同预氧化温度下的 - 和 。 由图 8可以看出 纤维在预氧化阶段发生了显著的化学变化。 原丝在1 7 3 3 1与3 4 3 2 1附近的吸收峰1 8 0 新型炭材料第 2 3卷图 8 - 纤维在不同预氧化温度下的 - 谱图 8 - - 2 5 2 1 0 2 4 0 3 0 0 4 0
17、0 表 2 不同温度下 - 纤维链节原子比 2 - （ ） 2 1 03 0 03 1 00 9 50 1 10 3 1 50 0 3 62 4 03 0 02 9 30 9 30 1 40 3 1 00 0 4 72 6 03 0 02 6 50 9 20 3 20 3 0 00 1 0 72 8 03 0 02 2 90 8 90 5 90 2 9 70 1 9 7为羰基 （ ）和羟基 （ ）的伸缩振动峰显示了共聚单体 的存在。 2 1 0时 谱图中2 2 4 3 1 2 2 4 1 1处 键强度变化不明显 表明此时 - 纤维并未发生剧烈的化学反应与图2（ ）皮芯结构相互对应。 1 5 9
18、 0 1处吸收峰源于 转化成 结构以及 和 结构的出现与叠加。 在2 1 0 2 4 0 范围内2 9 3 1 1 28 7 0 1、14 6 0 1 14 5 0 1、1 3 8 0 1 1 3 5 0 1和 1 2 7 0 1 1 2 2 0 1区间 由脂肪族 基团的不同振动形式 （ 、 2和 3）引起的吸收谱带的强度明显下降 说明酯类基团减少 大分子发生脱氢反应而形成不饱和结构。 这一结果与表2 中 原子数的不断减少 原子数不断增加相对应 亦与图 2（ ） - 纤维皮芯结构变化一致。 在 2 4 0 3 0 0 范围内 由环状 在 1 7 0 0 1处 、 和 等基 团 在 1 5 9
19、0 1处 以 及 基 团 在8 1 0 1处引起的吸收谱带的强度不断增强 表明预氧化过程中发生了脱氢及异构化反应1 6 形成芳环结构。 上述结果与表 2中 原子数急剧减少 原子数急剧增加亦一致。3 3 预氧化过程中纤维密度、直径与皮芯结构的关系 纤维预氧化过程中 密度的变化既反映纤维内 部 反 应 情 况 又 反 映 纤 维 内 部 结 构 的 转变1 7 - 2 1。 - 、 - 、 - 和 - 原丝的密度分别为1 1 8 1 3、1 1 8 2 3、1 1 8 0 3和1 1 7 9 3。由图 9 、表 2得出 大分子结构的转化 特别是环化交联及 原子的引入与添加5使纤维密度不断增加。 2
20、 1 0 下 - 、 - 纤维的密度较高 - 纤维的密度较低 纤维密度大小与图 3不同纤维 2 1 0 时 一致。 2 2 5 2 4 0范围内 随着氧的引入 部分 基团逐步转化成 及 纤维密度随温度持续增加 纤维形成 “可视 ”皮芯结构。 在 2 4 0 2 6 0 之间 - 纤维密度增加率相对较小 表明 纤维的氧化与环化程度使纤维表面与次表面的致密性增加 阻碍了氧的进一步引入。 同时 由于 分子链引入重原子氧和环化反应导致的大分子体积收缩 使得上述各纤维密度值在此温度区间迅速增加。 在2 6 0 2 8 0 间 部分纤维密度变化趋于平缓 则是由于已形成的氧化结构 阻碍了氧的进一步渗入 该阶
21、段氧含量的增加是因为氧的渗入由2 1 0 2 6 0 范围内以扩散为主转化为2 6 0 2 8 0 间以氧化为主的缘故1 7 - 2 1。 2 8 0 3 0 0 范围内 大部分纤维密度变化趋于缓和 这与此区间 变化缓慢相吻合 且3 0 0 时纤维密度大小与 相对应。 由于纤维在预氧化过程中 大分子发生环化反应 分子链发生旋转引起空间构型的转变以及小分子脱除等反应 导致随预氧化温度的升高 纤维体积趋于收缩 直径不断减小 （见表3 ）。 图1 0 表明纤维直径愈小 愈大 反之纤维直径愈大 愈小 并在部分区域呈现线性关联。 解析图 1 1纤维直径收缩率与预氧化温度之间的关系 有助于进一步了解纤表
22、3 不同预氧化温度下纤维直径的变化 3 - - - - - 2 51 2 2 51 2 7 91 3 3 71 2 3 51 2 1 52 1 01 2 2 31 1 9 71 2 8 31 2 3 31 2 0 02 2 51 1 6 31 1 8 11 2 7 31 2 3 01 1 9 52 4 01 1 1 41 1 7 51 2 6 61 2 2 01 1 9 12 6 01 0 9 81 1 4 41 2 3 61 1 6 41 1 8 02 8 01 0 6 01 1 3 91 1 6 71 1 3 41 1 4 23 0 01 0 4 61 0 8 11 0 9 11 0 9
23、61 1 0 91 8 1 第 2期刘杰 等：预氧化过程中 纤维皮芯结构的变化图 9 纤维密度随预氧化温度的变化 9 图 1 0 - 和 - 纤维直径与皮芯比的关系 1 0 - - 图 1 1 纤维直径收缩率随温度的变化 1 1 维直 径 与 之 间 的 关 联 性。 预 氧 化 初 期（ 2 1 0 2 4 0 ） 纤维直径收缩率变化较缓 与该阶段纤维 较小形成对应。 2 4 0 2 8 0 之间 纤维热化学反应速率加快 对应了纤维直径收缩率的变化明显增加。 其中 - 和 - 纤维的直径收缩率在该区间增加幅度较大； - 、 - 和 - 纤维直径收缩率变化在 - 和 - 纤维之后依次递减。这一
24、实验结果与 2 4 0 2 8 0 间纤维 变化率的顺序相吻合 亦与该温度区间密度变化速率相一致。 2 8 0 3 0 0 区间 数种纤维的直径收缩率依次为 - - - - 亦与 变化率的排序相吻合。 上述结果说明 纤维 变化率与纤维直径收缩率、密度变化密切相关。 可采用皮芯比 （ ）来表征 纤维预氧化阶段热化学反应与结构变化的程度。4 结论（ 1 ）预氧化过程中 纤维皮芯比 （ ）的变化与纤维的组成、结构和致密性等化学与物理性质密切相关。（ 2 ）在一定预氧化条件下 纤维的环化、氧化、脱氢等热化学反应特性与皮芯比 （ ）的变化存在良好的对应关系。（ 3 ） 纤维的氧化速度被通过氧化外层的氧扩
25、散所控制。 外层向内部移动的动力学速度在一定预氧化温度下是时间的函数 并且与时间的平方根成正比。（ 4 ） 纤维皮芯比 （ ）的变化速率与纤维直径收缩率、密度变化密切相关。（ 5 ）最终预氧化纤维的皮芯比 （ ）与炭纤维的力学性能密切相关； 恰当控制皮芯比 （ ）可优化炭纤维的结构与性能。（ 6 ）可采用皮芯比 （ ）表征并评价 纤维的化学及物理特性与 纤维预氧化阶段热化学反应与结构转化的程度。参考文献1 - - 1 9 9 4 5 2（2 ） ： 9 4 5 - 9 5 0 2吴刚平 吕春祥 李永红 等 空气湿度对聚丙烯腈纤维稳定化过程的影响 新型炭材料 2 0 0 3 1 8（1 ）： 2
26、 5 - 3 0 （ - - - 2 0 0 3 1 8（1 ）： 2 5 - 3 0 ）3 - - - 2 0 0 4 2 0（4 ）： 3 6 9 - 3 7 2 4 - 1 8 2 新型炭材料第 2 3卷 - 2 0 0 3 1 4（4 1 ）： 2 8 0 5 - 2 8 1 2 5岳中仁 张毅 李仍元 聚丙烯腈热氧稳定化纤维鞘芯结构的控制 安徽大学学报 （自然科学版 ） 1 9 9 1（1 ）： 7 7 - 8 2 （ - - - （ ） 1 9 9 1（1 ）： 7 7 - 8 2 ）6 - 2 0 0 5 9 7 ： 2 0 4 7 - 2 0 5 3 7刘杰 王平华 基 结构的
27、氮元素解析 新型炭材料 1 9 9 9 1 4（2 ）： 2 6 - 3 1 （ - 1 9 9 9 1 4（2 ）： 2 6 - 3 1 ）8刘杰 何振坤 王绍堂 基 的炭化与活化研究 新型炭材料 2 0 0 1 1 6（3 ）： 4 2 - 4 7 （ - - - - 2 0 0 1 1 6（3 ）： 4 2 - 4 7 ）9 - 2 0 0 3 8 8 ： 6 8 5 - 6 9 8 1 0刘杰 梁节英 热氧稳定化研究 北京化工大学学报 2 0 0 2 2 9（3 ）： 2 4 - 2 6（ - 2 0 0 2 2 9（3 ）： 2 4 - 2 6 ）1 1 - - - 2 0 0 3
28、8 8 ： 12 1 1 1 2 - - 1 - 1 9 9 1 3 1（1 9 ）： 1 6 1 8 - 1 6 2 6 1 3张旺玺 刘杰 丙烯腈 衣康酸在 2中的共聚物结构模拟 合成技术及应用 2 0 0 4 1 9（1 ）： 6 - 9 （ - - 2 2 0 0 4 1 9（1 ）： 6 - 9 ）1 4 - - - 2 0 0 3 1 8（4）：3 1 5 - 3 1 8 （张寿春 温月芳 杨永岗 等 衣康酸含量对聚丙烯腈热行为的影响 新型炭材料 2 0 0 3 1 8（4 ）： 3 1 5 - 3 1 8 1 5刘杰 王平华 基 结构的 研究 新型炭材料 1 9 9 9 1 4（
29、1 ）：4 8 - 5 2 （ - - - 1 9 9 9 1 4（1 ）： 4 8 - 5 2 ）1 6吕春祥 吴刚平 吕永根 等 聚丙烯腈原丝氧化工艺的研究 新型炭材料 2 0 0 3 1 8（3 ）： 1 8 6 - 1 9 0 （ - - - 2 0 0 3 1 8（3 ）： 1 8 6 - 1 9 0 ）1 7刘杰 林宏云 李仍元 等 预氧化过程中 共聚纤维密度与结构关系的研究 合成纤维工业1 9 9 3 1 6（3）： 3 7 -4 2 （ - - - - 1 9 9 3 1 6（3 ）： 3 7 - 4 2 ）1 8王琴吕春祥梁晓怿等聚丙烯腈纤维在水浴牵伸过程中应力应变曲线的研究
30、 新型炭材料 2 0 0 4 1 9（1 ）：3 8 - 4 4 （ - - - - 2 0 0 4 1 9（1）： 3 8 -4 4 ）1 9刘杰 阳武 热氧稳定化过程中聚丙烯腈纤维序态结构变化的表征研究 材料研究学报 2 0 0 7 2 1（5 ）： 4 8 7 - 4 9 0 （ - - 2 0 0 7 2 1（5 ）： 4 8 7 - 4 9 0 ）2 0刘杰 王雷 张旺玺 等 热稳定化过程中 纤维热应力与热化学反应的关联性 新型炭材料 2 0 0 5 2 0（4）：3 4 3 - 3 4 9 （ - - 2 0 0 5 2 0（4 ）： 3 4 3 - 3 4 9 ）2 1刘杰 刘扬
31、 梁节英 改性 共聚纤维在预氧化过程中的热应力应变 材料研究学报 2 0 0 5 1 9（4 ）： 3 8 9 - 3 9 4 （ - - - 2 0 0 5 1 9（4 ）： 3 8 9 - 3 9 4 ）1 8 3 第 2期刘杰 等：预氧化过程中 纤维皮芯结构的变化 - - （ 1 0 0 0 2 9 ） ： （ ） - - - - - ： ； （ ）； ； ： （8 6 3） （2 0 0 6 0 6 3 8 2 ） （9 7 3 ） （2 0 0 6 6 0 5 3 0 4 ） （ ） （5 0 3 3 3 0 7 0 5 0 6 7 3 0 1 1 ） ： （1 9 5 2 -） -
32、 - ： 批量提供超级活性炭和球状活性炭超级活性炭的比表面积高达 2 0 0 0 2 以上 远高于常规活性炭 （一般在 3 0 0 2 1 0 0 0 2 ） 又称为高比表面积活性炭 是上世纪 8 0年代后研制的新型活性炭材料 属于高科技产品。 超级活性炭除在常规活性炭常用的领域应用外 主要用在常规活性炭无法胜任的其他领域 如能源储存 （氢气、天然气和电能的储存 ）、饮用水的净化、毒气的高效吸附、色谱柱中的填料及催化剂的载体等。本部门提供的超级活性炭 比表面积高达 3 0 0 0 2 以上 在 2 9 8 3 6 条件下对甲烷的有效体积存储量达 1 5 0 以上； 在 9 3 6 条件下 储氢
33、质量分数达到 8 0 以上； 在水系及有机电解液中的比电容分别达 2 6 0 和 1 4 0 。球状活性炭因其制备工艺涉及多种复杂技术 迄今为止 全世界能够商业化生产的企业极少。 目前 球状活性炭主要应用于医学领域 （如治疗药物中毒、尿毒症、肝昏迷、高血脂、类风湿、红斑狼疮、吸毒者、外伤绷带及洗血等 ）、军用防化服、香烟过滤嘴、美容以及超级电容器中的电极材料等。本部门提供球径范围 3 0 的微球到 2 0 的原料球、 炭化球和活化球 球状活性炭的比表面积在 7 0 02 1 2 0 0 2 。球状活性炭由球状活性炭制成的产品及技术成果证书联系方式：中国科学院山西煤炭化学研究所联 系 人：李开喜电话：1 3 9 3 4 6 1 2 5 1 0 - ： 9 9 1 8 4 新型炭材料第 2 3卷
