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工业化的碳纤维主要有聚丙烯腈(PAN)、沥青和纤维素三种原料。随着石油资源消耗量日益剧增,以石油为基础原料的合成纤维将面临巨大的挑战,PAN和沥青必将陷入原料短缺的境地。而纤维素来源广泛,是自然界中的可再生资源,被认为是替代石油基衍生物最有潜力的原材料,这就为纤维素基碳纤维的发展带来新的机遇。然而,纤维素基碳纤维的原丝碳收率低、取向度差,很难获得高强高模的碳纤维。因此,提高原丝取向度和碳收率成为制备高性能纤维素基碳纤维的关键。由尿素改性获得的纤维素氨基甲酸酯(CC),其生产中不使用CS2磺化,工艺绿色环保外,还可沿用粘胶纤维生产的设备。所以采用CC为原料来制备纤维素基碳纤维原丝,从源头上可减小环境污染,这符合我国生态环境友好型发展模式要求。氧化石墨烯(GO)为刚性层片结构、层片上有大量的含氧官能团,使其能够与高聚物之间发生物理或化学作用,诱导高分子取向,增强复合材料界面作用力,从而提高复合材料的力学性能和碳收率。因此,本文采用GO作为添加剂,来改进CC的取向度、力学性能和碳收率。本文首先通过共混方法制备了GO/CC混合溶液,并用动态流变测试对溶液的流变及其稳定性进行表征。当加入2wt.%GO时,该混合溶液粘度降低,有较宽的牛顿流动平台区。而继续增加GO含量,该混合溶液粘度增加,牛顿流动平台区变窄,表现出类固体行为。此外,相比于纯CC溶液,所有添加GO的CC溶液显示了更长的有效纺丝时间。并且,添加2wt.%GO的CC溶液有效纺丝时间达到最长,显示该溶液稳态性能优于其它GO含量的溶液。然后采用刮膜方法,制备了GO/CC复合膜并将其碳化,并通过XRD、SEM、拉伸测试等研究了GO对CC膜结构和性能的影响。研究表明,GO的加入促使了CC的结晶形式由纤维素Ⅰ型向纤维素Ⅱ型转变。加入2wt.%GO提高了CC的结晶度和取向度。GO在复合膜中平行于膜表而取向排列。GO与CC之间的键合方式既有氧键也有共价键。加入GO也增强了CC膜的宏观性能,相比于纯CC膜,加入2wt.%GO的复合膜其强度和模量分别显著提高了180%和280%。此外,所有复合膜的碳收率均比纯CC膜的要高。最后对GO/CC混合溶液进行湿法纺丝,并通过XRD和拉伸测试分别研究了GO对CC纤维取向和力学性能的影响。研究表明,加入1wt.%和2wt.%GO均提高了CC纤维分子的取向度。复合纤维的力学性能也得到增强,相比于纯CC纤维,2wt.%GO/CC复合纤维的强度和模量分别提高了54.2%和60.7%。这些研究成果将为制备高取取向、高碳收率的纤维素基碳纤维的原丝提供重要的信息和科学依据,具有重要的学术价值和应用前景。