高性能瀝青基碳纖維是一種以煤焦油瀝青、石油瀝青等縮合多環(huán)芳烴為主要原料，經(jīng)紡絲、不熔化、碳化及石墨化等工藝制得的高性能纖維材料。其中，煤焦油瀝青因來源豐富、價格低廉、碳含量高且易于形成中間相，成為制備高性能瀝青基碳纖維的重要前驅(qū)體之一。其制備過程通常先從原料預(yù)處理開始：將煤焦油瀝青加入瀝青溶解釜中，加熱使其溶解并均質(zhì)化，再經(jīng)過濾、減壓蒸餾或溶劑萃取等手段去除雜質(zhì)和輕組分，得到適宜紡絲的瀝青原料。必要時還需通過熱縮聚或催化縮聚等方法調(diào)控分子量和分子量分布，使體系形成各向異性中間相或具有良好可紡性的各向同性瀝青。

在紡絲階段，可采用熔融紡絲法將精制瀝青經(jīng)噴絲板擠出成纖，并通過牽伸控制纖維直徑和取向。隨后進(jìn)行不熔化處理，即在氧化性氣氛中于較低溫度下使瀝青纖維表面和內(nèi)部發(fā)生氧化、交聯(lián)反應(yīng)，形成不熔不溶的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而在后續(xù)高溫處理中保持纖維形態(tài)。碳化過程一般在惰性氣氛中于1000～1600℃進(jìn)行，使非碳元素以揮發(fā)物形式脫除，碳含量逐步提高，形成亂層石墨結(jié)構(gòu)。若需獲得更高模量的石墨纖維，還需在2000～3000℃進(jìn)行石墨化處理，促使石墨微晶長大并沿纖維軸向高度取向。

高性能瀝青基碳纖維的性能特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，具有高比強度和高比模量，其拉伸模量可高達(dá)300～900 GPa，拉伸強度可達(dá)2～4 GPa，遠(yuǎn)高于普通 PAN 基碳纖維；第二，導(dǎo)熱性能優(yōu)異，尤其是中間相瀝青基碳纖維，沿纖維軸向的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá) 300～1100 W/(m·K)，可用于熱管理領(lǐng)域；第三，導(dǎo)電性好，電阻率低，適用于電磁屏蔽和導(dǎo)電復(fù)合材料；第四，熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性高，耐高溫、耐腐蝕和抗疲勞性能突出；第五，原材料成本相對較低，但工藝控制難度較大，尤其是中間相瀝青的制備與紡絲過程對設(shè)備及工藝條件要求較高。

以煤焦油瀝青為原料制備高性能瀝青基碳纖維，需先經(jīng)溶解、精制、調(diào)制等步驟獲得可紡瀝青，再通過紡絲、不熔化、碳化和石墨化等工藝形成最終產(chǎn)品。該纖維以其高模量、高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性等特點，在航空航天、國防軍工、熱管理、交通輕量化及新能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。