CN105256409A - 一种中间相沥青基碳纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中间相沥青基碳纤维及其制备方法，所述方法通过中间相沥青聚合，改性与减粘，离心纺丝，热喷吹牵伸，氧化、炭化和石墨化，获得所述中间相沥青基碳纤维。本发明制得的中间相沥青基碳纤维直径为120-2000nm、长径比为500-20000:1、抗拉强度为1.5-4.0GPa、抗拉模量为300-600GPa、电阻率<0.2×10-4Ω·cm、热导率为500-800W/m·k，该中间相沥青基碳纤维制作成本低廉，可广泛应用于防静电、散热、电磁屏蔽、热屏蔽等领域。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维隔热保温材料制备技术领域，尤其涉及一种亚微米级非连续的中间相沥青基碳纤维及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展，人民生活水平的提高以及工业技术的更新，人们对材料的要求越来越高。沥青碳纤维，尤其是中间相沥青碳纤维具有导热性能优异、力学性能优异、导电率高等特性，但由于碳纤维制备成本较高，尤其是连续长丝以及超细化技术给制备过程带来了更高的成本，使的碳纤维的应用受到严重的制约。
目前，世界上仅日本三菱化学、日本石墨、美国氰特三家企业可以生产中间相沥青碳纤维，总产能不足1500吨/年，远低于聚丙烯腈碳纤维。近年，一些企业开始尝试低成本制备短切中间相沥青碳纤维，希望可以在导热、防静电、电磁屏蔽、以及模量增强等方面获得更大的应用，但都因性价比不足而未能实现产品商业化。
现有技术在制备时，通常使用如下几种方法：
方案1，纳米级碳纤维普遍采用气相法，所得纤维与本技术在功能上有本质的区别。亚微米碳纤维主要以聚丙烯腈以静电纺丝技术制备，这种技术对原料和设备的要求较高，且静电纺丝技术暂时还无法实现大规模低成本生产。
方案2，以热塑性树脂100份和常用碳纤维前驱体(沥青、聚丙烯腈、聚碳二亚胺、芳族聚酰胺)1-150份，获得超低粘度溶液，经普通的纺丝技术获得超细纤维并进一步氧化、炭化而制备碳纤维。这一方法，从原理上没有问题，但具体技术细节方面存在较大难度，尤其是这些细节的改变将极大的影响产品性能。
方案3，采用酚醛树脂和聚乙烯混合再经熔融纺丝制备超细碳纤维的技术，该技术同样在牵伸技术方面存在较大难度，且所得酚醛树脂原料难石墨化，不能制备高导热、高导电、高模量性能碳纤维。
方案4，利用高速离心方法制备纳米碳纤维，离心纺丝技术是一种低成本的纺丝方法，这种纺丝方式只能将低粘度溶液或熔体加工成亚微米纤维，对高粘度液体，因离心力有限，很难达到2微米以下。
因此，基于以上现有技术的缺陷，以解决高粘度液体的超细化离心纺丝，并将其应用于亚微米级非连续中间相沥青基碳纤维的制备，具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的亚米级中间相沥青基碳纤维的制备方法存在的不足，本发明提供了一种中间相沥青基碳纤维及其制备方法，以适用于高粘度的中间相沥青的超细化纺丝，通过该方法制得的中间相沥青基碳纤维直径为120-2000nm、长径比500-20000:1、抗拉强度为1.5-4.0GPa、抗拉模量为300-600GPa、电阻率<0.2×10-4Ω·cm、热导率为500-800W/m·k(轴向)，制得的中间相沥青基碳纤维成本低廉，可广泛应用于防静电、散热、电磁屏蔽、热屏蔽等领域。
为解决上述问题，本发明的一方面提供了一种中间相沥青基碳纤维及其制备方法，所述方法包括：步骤S1，中间相沥青聚合：将煤沥青、石油沥青或芳烃合成沥青与碳九馏分、聚苯乙烯、四氢萘或软化点<60℃的乙烯焦油沥青混合加热聚合，经惰性气体吹扫处理或真空气氛下闪蒸，获得中间相含量>70％，软化点>220℃的中间相沥青；步骤S2，改性和减粘：将所述中间相沥青放入螺杆挤出机，充分挤压并加热至熔融状态，加入沥青减粘剂,充分混合后得到混合物料，将所述混合物料放入剪切混合器，在惰性气氛下进行超声剪切处理，获得软化点160-240℃，粘度(320℃、600s-1)<10000cp的减粘纺丝原料；步骤S3，离心纺丝：将所述减粘纺丝原料放入离心纺丝设备进行离心纺丝处理，获得沥青纤维；步骤S4，热气流喷吹：将所述沥青纤维放入热气流中进行热气流喷吹处理，获得直径为2-10μm，长径比1000-50000:1的沥青纤维；步骤S5，氧化、炭化和石墨化：将所述二次牵伸沥青纤维依次经过氧化、炭化和石墨化处理，获得所述中间相沥青基碳纤维。
其中，所述步骤S1包括：步骤S11，选用喹啉不溶物含量QI<0.05％、甲苯不溶物含量<3％、灰分<30ppm，软化点30-120℃、原子摩尔数比H/C为0.65-0.85的煤沥青、石油沥青或芳烃合成沥青；步骤S12，按质量比10：1-5，将所述沥青与碳九馏分、聚苯乙烯、四氢萘或软化点<60℃的乙烯焦油沥青混合，加热至350-400℃热聚合2-30h，惰性气体吹扫处理或真空气氛下闪蒸，脱除低分子产物与不稳定化合物，获得中间相含量>70％，软化点>220℃的中间相沥青。
可选的，所述步骤S12中，在温度为380℃以0.05-10m3/(hr·kg)氮气吹扫处理2-30h；或在-0.1MPa真空气氛下闪蒸。
其中，所述步骤S2包括：步骤S21，按质量比100:0.5-20，将所述中间相沥青放入螺杆挤出机，充分挤压并加热至250-320℃呈熔融状态，加入沥青减粘剂，充分混合后得到混合物料；其中，所述中间相沥青与沥青减粘剂的质量比为100：0.5-20；步骤S22，将所述混合物料放入剪切混合器，在加热温度为300-350℃，超声波振荡频率为25-200KHZ，强度为200-1000W/cm2,剪切转速为10000-15000rpm的条件下，在氮气气氛下处理10-120s，获得软化点160-240℃，粘度(320℃、600s-1)<10000cp的减粘纺丝原料。
优选的，所述步骤S3中，所述纺丝离心设备的纺丝温度为320-380℃，离心转速为7000-15000rpm，超声波振荡频率为25-200KHZ，强度为400-1000W/cm2。
优选的，所述步骤S4中，所述热气流的温度为300-450℃，喷吹速度为10-100m/s；其中，所述热气流为空气与水蒸气的混合气体或氮气、一氧化碳与水蒸气的混合气体，混合比例为体积比100：5-200。
其中，所述步骤S5进一步包括：步骤S51，氧化：将所述二次牵伸沥青纤维放入氧化炉，铺层密度<1kg/m2，在氧化温度为250-400℃，氧化气体的速度为0.1-3m/min的氧化气体下，经过1-10h氧化处理，得到沥青氧化纤维；其中，氧化气体是氮氧化合物、氧气、臭氧、空气、水蒸气、氮气的一种或几种的混合物；步骤S52，炭化：将所述沥青氧化纤维放入炭化炉，在惰性气氛保护下，将所述沥青氧化纤维加热至600-1400℃，恒温处理0.25-2h，得到沥青炭化纤维；步骤S53，石墨化：将所述沥青炭化纤维放入石墨化炉，在惰性气氛保护下，将所述沥青炭化纤维加热至2200-3000℃，恒温处理0.25-2h，获得沥青石墨化纤维。
其中，所述沥青减粘剂是萘、蒽、三乙醇胺、乙撑双硬质酰胺、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯中的一种或几种混合物。
其中，所述离心纺丝设备是盘式离心纺丝设备，离心盘的直径大于等于300mm。
本发明的又一方面提供了一种由上述制备方法制得的中间相沥青基碳纤维。
本发明通过以上步骤制得的中间相沥青基碳纤维直径为120-2000nm、长径比为500-20000:1、抗拉强度为1.5-4.0GPa、抗拉模量为300-600GPa、电阻率<0.2×10-4Ω·cm、热导率500-800W/m·k(轴向)，且生产成本低廉，该中间相沥青基碳纤维可广泛应用于防静电、散热、电磁屏蔽、热屏蔽等领域。
本发明具有如下有益效果：
1.采用减粘剂配合辅助非100％低软化点中间相沥青原料，使的纺丝原料的粘度有一定幅度的降低，这有利于纤维的细化，保证了碳纤维的性能；
2.物料在高速剪切下，并通过超声波的作用使沥青分子得到舒展，使得纺丝原料的粘度得到进一步的降低；
3.所得纤维配合开放式离心盘以及气流热牵伸，在牵伸的同时，物料中易挥发组分得到有效脱除并不至于留下缺陷；
4.对物料纤维的牵伸力由离心盘和气流喷吹提供，有利于纤维的超细化，且水蒸气与其他气体混合喷吹，提高了气流对纤维的牵伸作用，尤其是使高粘度物料的超细化纺丝成为可能；
5.不熔化采用气流贯穿的方式，并采用一定量的水蒸气或氮气，大幅度降低了过度不熔化而着火的危险。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明的中间相沥青基碳纤维的制备方法，包括：
步骤S1，中间相沥青聚合：将煤沥青、石油沥青或芳烃合成沥青与碳九馏分、聚苯乙烯、四氢萘或软化点<60℃的乙烯焦油沥青混合加热聚合，经惰性气体吹扫处理或真空气氛下闪蒸，获得中间相含量>70％，软化点>220℃的中间相沥青。
步骤S2，改性和减粘：将所述中间相沥青放入螺杆挤出机，充分挤压并加热至熔融状态，加入沥青减粘剂,充分混合后得到混合物料，将所述混合物料放入剪切混合器，在惰性气氛下进行超声剪切处理，获得软化点160-240℃，粘度(320℃、600s-1)<10000cp的减粘纺丝原料。
本步骤中，所述沥青减粘剂是萘、蒽、三乙醇胺、乙撑双硬质酰胺、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯中的一种或几种混合物。
步骤S3，离心纺丝：将所述减粘纺丝原料放入离心纺丝设备进行离心纺丝处理，获得沥青纤维。
本步骤中，优选的，所述离心纺丝设备是盘式离心纺丝设备，离心盘的直径大于等于300mm。
在离心纺丝时，所述纺丝离心设备的纺丝温度为320-380℃，离心转速为7000-15000rpm，超声波振荡频率为25-200KHZ，强度为400-1000W/cm2。
步骤S4，热气流喷吹：将所述沥青纤维放入热气流中进行热气流喷吹处理，获得直径为2-10μm，长径比1000-50000:1的沥青纤维。
本步骤中，所述热气流的温度为300-450℃，喷吹速度为10-100m/s，优选的，所述热气流为空气与水蒸气的混合气体或氮气、一氧化碳与水蒸气的混合气体，混合比例为体积比100：5-200。
步骤S5，氧化、炭化和石墨化：将所述二次牵伸沥青纤维依次经过氧化、炭化和石墨化处理，获得所述中间相沥青基碳纤维。
前述步骤S1进一步包括：
步骤S11，选用喹啉不溶物含量QI<0.05％、甲苯不溶物含量TI<3％、灰分<30ppm，软化点30-120℃、原子摩尔数比H/C为0.65-0.85的煤沥青、石油沥青或芳烃合成沥青。
步骤S12，按质量比10：1-5，将所述沥青与碳九馏分、聚苯乙烯、四氢萘或软化点<60℃的乙烯焦油沥青混合，加热至350-400℃热聚合2-30h，惰性气体吹扫处理或真空气氛下闪蒸，脱除低分子产物与不稳定化合物，获得中间相含量>70％，软化点>220℃的中间相沥青。
本步骤中，可选的，在温度为380℃以0.05-10m3/(hr·kg)氮气吹扫处理2-30h，或在-0.1MPa真空气氛下闪蒸。
前述步骤S2进一步包括：
步骤S21，按质量比100:0.5-20，将所述中间相沥青放入螺杆挤出机，充分挤压并加热至250-320℃呈熔融状态，加入沥青减粘剂，充分混合后得到混合物料，其中，所述中间相沥青与沥青减粘剂的质量比为100：0.5-20。
步骤S22，将所述混合物料放入剪切混合器，在加热温度为300-350℃，超声波振荡频率为25-200KHZ，强度为200-1000W/cm2,剪切转速为10000-15000rpm的条件下，在氮气气氛下处理10-120s，获得软化点160-240℃，粘度(320℃、600s-1)<10000cp的减粘纺丝原料。
前述步骤S5进一步包括：
步骤S51，氧化：将所述二次牵伸沥青纤维放入氧化炉经过氧化气体氧化，获得沥青氧化纤维。
本步骤中，优选的，所述氧化炉的铺层密度<1kg/m2，氧化温度为250-400℃，氧化气体的速度为0.1-3m/min的氧化气体下，经过1-10h氧化处理，得到沥青氧化纤维。其中，氧化气体是氮氧化合物、氧气、臭氧、空气、水蒸气、氮气的一种或几种的混合物。
步骤S52，炭化：将所述沥青氧化纤维放入炭化炉，在惰性气氛下，将所述沥青氧化纤维加热恒温处理，获得沥青炭化纤维。
本步骤中，所述炭化炉，在氮气气氛下，将所述沥青氧化纤维加热至600-1400℃，恒温处理0.25-2h，得到沥青炭化纤维。
步骤S53，石墨化：将所述沥青炭化纤维放入石墨化炉，在惰性气氛下，将所述沥青炭化纤维加热恒温处理，获得沥青石墨化纤维。
本步骤中，所述石墨化炉，在氩气气氛下，将所述沥青炭化纤维加热至2200-3000℃，恒温处理0.25-2h，获得沥青石墨化纤维。
本发明还提供了一种由上述制备方法制得的中间相沥青纤维。
实施例1
一种中间相沥青基碳纤维制备的制备方法，包括如下步骤：
(1)中间相沥青聚合：采用QI0.03％、TI2％、灰分25ppm，软化点70℃、原子摩尔数比H/C为0.68的煤沥青与聚苯乙烯按质量比10：1混合加热至380℃热聚合6h，并在380℃温度下以0.5m3/(h·kg)氮气吹扫处理5h，制得中间相含量80％，软化点240℃的中间相沥青，热稳定性(惰性气氛下380℃恒温30min)失重0.75％，粘度(320℃、600s-1)14500cp。
(2)改性与减粘：将步骤(1)所得中间相沥青原料投入螺杆挤出机，充分挤压并加热至260℃形成熔融状态，并在螺杆挤出机末端加入萘，中间相沥青与萘质量比为100：8，混合物料从螺杆挤出机挤出后进入配备有加热器和超声波振荡器的高速剪切混合器，混合器加热温度350℃，超声波振荡器频率25KHZ，强度480W/cm2,剪切转速10000rpm，物料在氮气保护下混合停留时间60s，获得软化点200℃，粘度(320℃、600s-1)8000cp的减粘纺丝原料。
(3)离心纺丝：减粘纺丝原料经混合器挤出，进入离心纺丝设备，离心盘配备有加热器和超声波振荡器，离心盘纺丝温度350℃，离心转速15000rpm，超声波振荡器频率50KHZ，强度600W/cm2，获得平均直径6μm，长径比10000:1的沥青纤维。
(4)热喷吹牵伸：打开热喷吹系统，离心纺丝所得沥青纤维直接甩入热喷吹气流中，热喷吹气体为空气与水蒸气按体积比100：100混合气体，喷吹气体温度400℃，喷吹速度50m/s，获得平均直径800nm的二次牵伸沥青纤维。
(5)氧化：将热喷吹牵伸的沥青纤维平铺在网带式氧化炉内，氧化气体是空气与氮气体积比100：5的混合物。纤维铺层密度0.5kg/m2，氧化温度290℃，氧化气流从网带底部或顶部以0.3m/min速度穿透纤维层，氧化3h，获得沥青氧化纤维。
(6)炭化：将沥青氧化纤维传送至网带式连续炭化炉，在氮气气氛保护下，加热至600℃，恒温0.25h，获得沥青炭化纤维。
(7)石墨化：将沥青炭化纤维装入石墨化炉，在氩气气氛保护下，加热至2800℃，恒温2h，获得沥青石墨化纤维。
通过以上方法制得的中间相沥青基碳纤维得直径为650nm、长径比为14000:1、抗拉强度为1.8GPa、抗拉模量为350GPa、电阻率为0.19×10-4Ω·cm、热导率为500W/m·k(轴向)。
实施例2
一种中间相沥青基碳纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)中间相沥青聚合：采用QI0.02％、TI0.1％、灰分25ppm，软化点65℃、原子摩尔数比H/C为0.71的石油沥青与软化点30℃的乙烯焦油沥青按质量比10：4混合加热至370℃热聚合10h，并在380℃温度下以0.1MPa真空气氛闪蒸脱除低分子产物与不稳定化合物，制得中间相含量85％，软化点250℃的中间相沥青，热稳定性(惰性气氛下380℃恒温30min)失重1.2％，粘度(320℃、600s-1)12000cp。
(2)改性与减粘：将步骤1所得中间相沥青原料投入螺杆挤出机，充分挤压并加热至300℃形成熔融状态，并在螺杆挤出机末端加入乙撑双硬质酰胺，充分混合,中间相沥青与乙撑双硬质酰胺质量比为100：5，混合物料从螺杆挤出机挤出后进入配备有加热器和超声波振荡器的高速剪切混合器，混合器加热温度340℃，超声波振荡器频率120KHZ，强度400W/cm2,剪切转速14000rpm，物料在氮气保护下混合停留时间60s，获得软化点220℃，粘度(320℃、600s-1)7000cp的纺丝原料。
(3)离心纺丝：纺丝原料经混合器挤出，进入离心纺丝设备，离心盘配备有加热器和超声波振荡器，离心盘纺丝温度380℃，离心转速12000rpm，超声波振荡器频率100KHZ，强度600W/cm2，获得平均直径5μm，长径比30000:1的沥青纤维。
(4)热喷吹牵伸：打开热喷吹系统，离心纺丝所得沥青纤维直接甩入热喷吹气流中，热喷吹气体为空气与水蒸气按体积比100：100混合气体，喷吹气体温度400℃，喷吹速度50m/s，获得平均直径500nm的二次牵伸沥青纤维。
(5)氧化：将热喷吹牵伸的沥青纤维平铺在网带式氧化炉内，氧化气体是空气与水蒸气体积比100：8的混合物。纤维铺层密度0.5kg/m2，氧化温度300℃，氧化气流从网带底部或顶部以0.3m/min速度穿透纤维层，氧化3h，获得沥青氧化纤维。
(6)炭化：将沥青氧化纤维传送至网带式连续炭化炉，在氮气气氛保护下，加热至1000℃，恒温0.25h，获得沥青炭化纤维。
(7)石墨化：将沥青炭化纤维装入石墨化炉，在氩气气氛保护下，加热至3000℃，恒温2h，获得沥青石墨化纤维。
通过以上方法制得的中间相沥青基碳纤维直径为320nm、长径比为20000:1、抗拉强度为3.5GPa、抗拉模量为550GPa、电阻率为0.13×10-4Ω·cm、热导率为750W/m·k(轴向)。
实施例3
一种中间相沥青基碳纤维，包括如下步骤：
(1)中间相沥青聚合：采用QI0.02％、TI2％、灰分25ppm，软化点60℃、原子摩尔数比H/C为0.77的芳烃合成沥青与碳九馏分按质量比10：1混合加热至380℃热聚合6h，并在380℃温度下以0.1MPa真空气氛闪蒸脱除低分子产物与不稳定化合物，制得中间相含量100％，软化点220℃的中间相沥青，热稳定性(惰性气氛下380℃恒温30min)失重1.7％，粘度(320℃、600s-1)3000cp。
(2)改性与减粘：将步骤1所得中间相沥青原料投入螺杆挤出机，充分挤压并加热至300℃形成熔融状态，并在螺杆挤出机末端加入聚丙烯酰胺，充分混合,中间相沥青与聚丙烯酰胺质量比为100：10，混合物料从螺杆挤出机挤出后进入配备有加热器和超声波振荡器的高速剪切混合器，混合器加热温度300℃，超声波振荡器频率120KHZ，强度400W/cm2,剪切转速14000rpm，物料在氮气保护下混合停留时间30s，获得软化点170℃，粘度(320℃、600s-1)1600cp的纺丝原料。
(3)离心纺丝：纺丝原料经混合器挤出，进入离心纺丝设备，离心盘配备有加热器和超声波振荡器，离心盘纺丝温度360℃，离心转速12000rpm，超声波振荡器频率100KHZ，强度600W/cm2，获得平均直径2μm，长径比15000:1的沥青纤维。
(4)热喷吹牵伸：打开热喷吹系统，离心纺丝所得沥青纤维直接甩入热喷吹气流中，热喷吹气体为氮气与水蒸气按体积比100：50混合气体，喷吹气体温度400℃，喷吹速度40m/s，获得平均直径240nm的二次牵伸沥青纤维。
(5)氧化：将热喷吹牵伸的沥青纤维平铺在网带式氧化炉内，氧化气体是空气：氧气：水蒸气体积比100：5：8的混合物。纤维铺层密度0.5kg/m2，氧化温度270℃，氧化气流从网带底部或顶部以0.5m/min速度穿透纤维层，氧化2h，获得沥青氧化纤维。
(6)炭化：将沥青氧化纤维传送至网带式连续炭化炉，在氮气气氛保护下，加热至1200℃，恒温0.5h，获得沥青炭化纤维。
(7)石墨化：将沥青炭化纤维装入石墨化炉，在氩气气氛保护下，加热至3000℃，恒温1h，获得沥青石墨化纤维。
通过以上方法制得的中间相沥青基碳纤维直径为180nm、长径比为10000:1、抗拉强度为2.4GPa、抗拉模量为350GPa、电阻率为0.10×10-4Ω·cm、热导率为650W/m·k(轴向)。
如上所述，本发明提供了一种中间相沥青基碳纤维及其制备方法，本发明通过以上步骤制得的中间相沥青基碳纤维直径为120-2000nm、长径比为500-20000:1、抗拉强度为1.5-4.0GPa、抗拉模量为300-600GPa、电阻率<0.2×10-4Ω·cm、热导率500-800W/m·k(轴向)，且生产成本低廉，该中间相沥青基碳纤维可广泛应用于防静电、散热、电磁屏蔽、热屏蔽等领域。
本发明具有如下有益效果：
1.采用减粘剂配合辅助非100％低软化点中间相沥青原料，使的纺丝原料的粘度有一定幅度的降低，这有利于纤维的细化，保证了碳纤维的性能；
2.物料在高速剪切下，并通过超声波的作用使沥青分子得到舒展，使得纺丝原料的粘度得到进一步的降低；
3.所得纤维配合开放式离心盘以及气流热牵伸，在牵伸的同时，物料中易挥发组分得到有效脱除并不至于留下缺陷；
4.对物料纤维的牵伸力由离心盘和气流喷吹提供，有利于纤维的超细化，且水蒸气与其他气体混合喷吹，提高了气流对纤维的牵伸作用，尤其是使高粘度物料的超细化纺丝成为可能；
5.不熔化采用气流贯穿的方式，并采用一定量的水蒸气或氮气，大幅度降低了过度不熔化而着火的危险。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种中间相沥青基碳纤维制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1，中间相沥青聚合：将煤沥青、石油沥青或芳烃合成沥青与碳九馏分、聚苯乙烯、四氢萘或软化点<60℃的乙烯焦油沥青混合加热聚合，经惰性气体吹扫处理或真空气氛下闪蒸，获得中间相含量>70％，软化点>220℃的中间相沥青；
步骤S2，改性和减粘：将所述中间相沥青放入螺杆挤出机，充分挤压并加热至熔融状态，加入沥青减粘剂,充分混合后得到混合物料，将所述混合物料放入剪切混合器，在惰性气氛下进行超声剪切处理，获得软化点160-240℃，粘度(320℃、600s-1)<10000cp的减粘纺丝原料；
步骤S3，离心纺丝：将所述减粘纺丝原料放入离心纺丝设备进行离心纺丝处理，获得沥青纤维；
步骤S4，热气流喷吹：将所述沥青纤维放入热气流中进行热气流喷吹处理，获得直径为2-10μm，长径比1000-50000:1的沥青纤维；
步骤S5，氧化、炭化和石墨化：将所述二次牵伸沥青纤维依次经过氧化、炭化和石墨化处理，获得所述中间相沥青基碳纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
步骤S11，选用喹啉不溶物含量QI<0.05％、甲苯不溶物含量<3％、灰分<30ppm，软化点30-120℃、原子摩尔数比H/C为0.65-0.85的煤沥青、石油沥青或芳烃合成沥青；
步骤S12，按质量比10：1-5，将所述沥青与碳九馏分、聚苯乙烯、四氢萘或软化点<60℃的乙烯焦油沥青混合，加热至350-400℃热聚合2-30h，惰性气体吹扫处理或真空气氛下闪蒸，脱除低分子产物与不稳定化合物，获得中间相含量>70％，软化点>220℃的中间相沥青。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中，在温度为380℃以0.05-10m3/(hr·kg)氮气吹扫处理2-30h；或在-0.1MPa真空气氛下闪蒸。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21，按质量比100:0.5-20，将所述中间相沥青放入螺杆挤出机，充分挤压并加热至250-320℃呈熔融状态，加入沥青减粘剂，充分混合后得到混合物料；
其中，所述中间相沥青与沥青减粘剂的质量比为100：0.5-20；
步骤S22，将所述混合物料放入剪切混合器，在加热温度为300-350℃，超声波振荡频率为25-200KHZ，强度为200-1000W/cm2,剪切转速为10000-15000rpm的条件下，在氮气气氛下处理10-120s，获得软化点160-240℃，粘度(320℃、600s-1)<10000cp的减粘纺丝原料。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述纺丝离心设备的纺丝温度为320-380℃，离心转速为7000-15000rpm，超声波振荡频率为25-200KHZ，强度为400-1000W/cm2。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述热气流的温度为300-450℃，喷吹速度为10-100m/s；
其中，所述热气流为空气与水蒸气的混合气体或氮气、一氧化碳与水蒸气的混合气体，混合比例为体积比100：5-200。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括：
步骤S51，氧化：将所述二次牵伸沥青纤维放入氧化炉，铺层密度<1kg/m2，在氧化温度为250-400℃，氧化气体的速度为0.1-3m/min的氧化气体下，经过1-10h氧化处理，得到沥青氧化纤维；
其中，氧化气体是氮氧化合物、氧气、臭氧、空气、水蒸气、氮气的一种或几种的混合物；
步骤S52，炭化：将所述沥青氧化纤维放入炭化炉，在惰性气氛保护下，将所述沥青氧化纤维加热至600-1400℃，恒温处理0.25-2h，得到沥青炭化纤维；
步骤S53，石墨化：将所述沥青炭化纤维放入石墨化炉，在惰性气氛保护下，将所述沥青炭化纤维加热至2200-3000℃，恒温处理0.25-2h，获得沥青石墨化纤维。
8.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述沥青减粘剂是萘、蒽、三乙醇胺、乙撑双硬质酰胺、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯中的一种或几种混合物。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离心纺丝设备是盘式离心纺丝设备，离心盘的直径大于等于300mm。
10.一种由上述1-19中任一项制备方法制备得到的中间相沥青基碳纤维。
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