CN112430868A - 避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，包括以下步骤：S1、在惰性气氛保护下，将硅纳米改性沥青材料加热到460K‑580K，然后在0.1MPa‑1.2MPa压力下进行纤维纺制，并将制备的纤维用收丝设备进行收集，得到纤维原丝；S2、将S1的纤维原丝进行预氧化、炭化和石墨化热处理工艺，得到中间相沥青基石墨纤维。该方法采用的原料可以人工合成，成本较低，且通过调控原料改性、优化纺丝工艺参数等，能够实现中间相沥青基石墨纤维截面结构无劈裂，进而实现提高中间相沥青基石墨纤维的强度。
Description
技术领域
本发明涉及中间相沥青基石墨纤维制备技术领域，具体涉及一种避免截面结构劈裂的高性能中间相沥青基石墨纤维的制备方法。
背景技术
沥青基石墨纤维除具有石墨纤维的高强度和高模量，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好等性能特点，还具有较高的热传导性能，反向热膨胀系数和超高的模量，适用于空间技术和人造卫星领域。
沥青基石墨纤维独特的热传导性能，使其在高产出的电气设备中显示出良好的散热效果。对有效载荷有严格限制的运载火箭来说，沥青基石墨纤维增强材料在减轻重量上可起决定作用；沥青基石墨纤维的低密度、高热导性能以及特殊的摩擦性能，对于其在军事领域的应用十分有价值；而沥青基石墨纤维及其增强材料的稳定性，也为设计制造出高性能与持久耐磨的制动系统提供了理想材料。
沥青基石墨纤维是由日本群马大学大谷衫郎首次制备，1970年日本吴羽化工在其研究基础上开始生产通用级沥青基石墨纤维。1976年美国Amoco公司制备了高性能中间相沥青基石墨纤维。中间相沥青基石墨纤维由于其石墨晶体结构沿纤维轴高度择优取向，具有极高的导热率，是理想高导热功能材料。如美国Amoco公司生产的K1100，轴向导热率高达l100W/mK，加上其负的热膨胀系数，高模量，低密度，使其特别适合于制成高导热及尺寸稳定或热膨胀系数匹配的复合材料。
但是由于高性能中间相沥青基石墨纤维的制造成本高，使其产品应用领域受到局限。尽管近年来Amoco公司推出了价格较为低廉的K800石墨纤维，还成功地开发了自增强高导热材料，但价格仍然远高于可以推广应用的程度。
此外，高性能中间相沥青基石墨纤维的径向劈裂是其生产中遇到的一个难题。而劈裂的石墨纤维将会严重阻碍其在复合材料领域中的应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种避免截面结构劈裂的高性能中间相沥青基石墨纤维的制备方法，该方法采用的原料可以人工合成，成本较低，且通过调控原料改性、优化纺丝工艺参数等，能够实现中间相沥青基石墨纤维截面结构无劈裂，进而实现提高中间相沥青基石墨纤维的强度。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、在惰性气氛保护下，将硅纳米改性沥青材料加热到460K-580K，然后在0.1MPa-1.2MPa压力下进行纤维纺制，并将制备的纤维用收丝设备进行收集，得到纤维原丝；
S2、将S1的纤维原丝进行预氧化、炭化和石墨化热处理工艺，得到中间相沥青基石墨纤维。
进一步，所述硅纳米改性沥青材料中，硅的质量百分比含量为0.05％-3％。
进一步，所述硅纳米改性沥青材料的制备过程如下：
S1.1、将沥青置于球磨罐中进行球磨，经过200目筛网处理，得到中间相沥青粉末；
S1.2、将中间相沥青粉末与纳米硅粉置于球磨罐中，其中混合粉末与玛瑙球的体积比为1:1，纳米硅粉的加入量占混合粉末质量的0.05％-3％；
然后加入无水乙醇进行湿混，湿混时间为12h；
之后停机冷却10h，取出样品置于室温下干燥，再置于100℃下真空干燥1h，得到硅纳米改性沥青材料。
更进一步，S1.2中，无水乙醇与混合粉末的体积比为1:1～3。
更进一步，所述纳米硅粉的颗粒尺寸为30～50nm。
进一步，所述纤维原丝的预氧化热处理工艺过程如下：
在空气气氛中对纤维原丝进行预氧化热处理，其中，升温速率为3K-10K/min，预设温度为480K-600K，各段终温均恒温1h。
进一步，所述炭化热处理工艺过程如下：
在高纯氮气保护下对预氧化热处理的纤维原丝进行炭化热处理，其中，升温速率为3K-10K/min,预设温度为1273K-1773K，并恒温0.5h。
进一步，所述石墨化热处理工艺过程如下：
在高纯氩气保护下对炭化热处理的纤维原丝进行石墨化热处理，其中，预设温度为2773K-3273K，并恒温0.5h。
本发明的有益效果：
1、本发明的制备方法主要通过硅纳米颗粒对沥青进行改性，并以得到的硅纳米颗粒改性中间相沥青材料为原料，通过优化纺丝工艺参数，实现中间相沥青基石墨纤维截面结构无劈裂，成本较低。
2、针对中间相沥青基石墨纤维的径向劈裂结构，本发明的方法通过改善石墨微结构来消除石墨纤维径向劈裂结构，不仅完善石墨纤维结构，而且有助于其提高力学性能。本发明方法得到的高性能中间相沥青基石墨纤维的抗拉强度为2.49GPa；可满足石墨纤维复合材料要求的石墨纤维强度指标性能，有很强的市场应用价值。
3、本发明采用的中间相沥青可人工合成，避免非可再生资源的限制。符合绿色、环保的要求。且可以用煤焦油、石油焦油等材料进行制备。可提高煤炭/石油行业的副产品深加工的经济效益。
附图说明
图1是比较例1中预氧化纤维的扫描电镜图。
图2是比较例1中未改性的石墨纤维的扫描电镜图。其中，图2(b)为图2(a)中单根截面劈裂的石墨纤维的扫描电镜图。
图3是实施例1中经过改性的石墨纤维的扫描电镜图。
图4是实施例2中经过改性的石墨纤维的扫描电镜图。
图5是实施例2经过改性的石墨纤维的扫描电镜形貌图。
图6是实施例2经过改性的石墨纤维的微观结构图。
图7是石墨纤维的褶皱微观结构图。
其中，图7(c)为比较例1中未改性的石墨纤维的褶皱微观形貌图。
图7(d)为实施例2中经过改性的石墨纤维的褶皱微观形貌图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
本发明实施例提供一种避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、硅纳米改性沥青材料的制备
S1.1、将沥青置于球磨罐中进行球磨，经过200目筛网处理，得到中间相沥青粉末；
S1.2、将中间相沥青粉末与纳米硅粉置于球磨罐中，其中混合粉末与玛瑙球的体积比为1:1；其中，中间相沥青的软化点是450K-535K。纳米硅粉的颗粒尺寸为30-50nm。
然后加入无水乙醇进行湿混，湿混时间为12h；其中，无水乙醇与混合粉末的体积比为1:2。
球磨结束后后，停机冷却10h后将样品取出。先将样品置于室温下干燥。待酒精挥发完毕，将玛瑙球与粉末分离，再将粉末置于真空干燥箱内100℃下真空干燥1h，将干燥好的样品收集到样品瓶中并置于干燥器中备用，得到硅纳米改性沥青材料；
其中，所述硅纳米改性沥青材料中，硅的质量百分比含量为0.1％。
S2、纤维原丝的制备
在惰性气氛保护下，将硅纳米改性沥青材料加热到460K-580K，然后施加0.1MPa-1.2MPa压力，进行纤维纺制，并将制备的纤维用收丝设备进行收集，经过调整优化各工艺参数，制备一系列纤维原丝；
S3、中间相沥青基石墨纤维的制备
在S2的一系列纤维原丝基础上，进行一系列的热处理工艺：预氧化、炭化(管式炉炭化处理)和石墨化工艺(石墨化炉处理)，最后制备出具有优异的石墨结构特征的中间相沥青基石墨纤维。
纤维原丝的预氧化工艺：在空气气氛中进行，其中，升温速率为3K-10K/min，预设温度为480K-600K，各段终温均恒温1h；得到预氧化纤维。
炭化工艺：在高纯氮气保护下进行，其中，升温速率为3K-10K/min,预设温度为1273K-1773K，并恒温0.5h；得到炭纤维。
石墨化工艺：在高纯氩气保护下进行，其中，预设温度为2773K-3273K，并恒温0.5h；得到石墨纤维。
实施例2
本发明实施例提供一种避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、硅纳米改性沥青材料的制备
S1.1、将沥青置于球磨罐中进行球磨，经过200目筛网处理，得到中间相沥青粉末；
S1.2、将中间相沥青粉末与纳米硅粉置于球磨罐中，其中混合粉末与玛瑙球的体积比为1:1；其中，中间相沥青的软化点是450K-535K。纳米硅粉的颗粒尺寸为30-50nm。
然后加入无水乙醇进行湿混，湿混时间为12h；其中，无水乙醇与混合粉末的体积比为1:3。
球磨结束后后停机冷却10h后将样品取出。先将样品置于室温下干燥。待酒精挥发完毕，将玛瑙球与粉末分离，再将粉末置于真空干燥箱内100℃下真空干燥1h，将干燥好的样品收集到样品瓶中并置于干燥器中备用，得到硅纳米改性沥青材料；
其中，所述硅纳米改性沥青材料中，硅的质量百分比含量为0.3％。
S2、纤维原丝的制备
在惰性气氛保护下，将硅纳米改性沥青材料加热到460K-580K，然后施加0.1MPa-1.2MPa压力，进行纤维纺制，并将制备的纤维用收丝设备进行收集，经过调整优化各工艺参数，制备一系列纤维原丝；
S3、中间相沥青基石墨纤维的制备
在S2的一系列纤维原丝基础上，进行一系列的热处理工艺：预氧化、炭化(管式炉炭化处理)和石墨化工艺(石墨化炉处理)，最后制备出具有优异的石墨结构特征的中间相沥青基石墨纤维。
纤维原丝的预氧化工艺：在空气气氛中进行，其中，升温速率为3K-10K/min，预设温度为480K-600K，各段终温均恒温1h；得到预氧化纤维。
炭化工艺：在高纯氮气保护下进行，其中，升温速率为3K-10K/min,预设温度为1273K-1773K，并恒温0.5h；得到炭纤维。
石墨化工艺：在高纯氩气保护下进行，其中，预设温度为2773K-3273K，并恒温0.5h；得到石墨纤维。
实施例3
本发明实施例提供一种避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、硅纳米改性沥青材料的制备
S1.1、将沥青置于球磨罐中进行球磨，经过200目筛网处理，得到中间相沥青粉末；
S1.2、将中间相沥青粉末与纳米硅粉置于球磨罐中，其中混合粉末与玛瑙球的体积比为1:1；其中，中间相沥青的软化点是450K-535K。纳米硅粉的颗粒尺寸为30-50nm。
然后加入无水乙醇进行湿混，湿混时间为12h；其中，无水乙醇与混合粉末的体积比为1:1。
球磨结束后后停机冷却10h后将样品取出。先将样品置于室温下干燥。待酒精挥发完毕，将玛瑙球与粉末分离，再将粉末置于真空干燥箱内100℃下真空干燥1h，将干燥好的样品收集到样品瓶中并置于干燥器中备用，得到硅纳米改性沥青材料；
其中，所述硅纳米改性沥青材料中，硅的质量百分比含量为3％。
S2、纤维原丝的制备
在惰性气氛保护下，将硅纳米改性沥青材料加热到460K-580K，然后施加0.1MPa-1.2MPa压力，进行纤维纺制，并将制备的纤维用收丝设备进行收集，经过调整优化各工艺参数，制备一系列纤维原丝；
S3、中间相沥青基石墨纤维的制备
在S2的一系列纤维原丝基础上，进行一系列的热处理工艺：预氧化、炭化(管式炉炭化处理)和石墨化工艺(石墨化炉处理)，最后制备出具有优异的石墨结构特征的中间相沥青基石墨纤维。
纤维原丝的预氧化工艺：在空气气氛中进行，其中，升温速率为3K-10K/min，预设温度为480K-600K，各段终温均恒温1h；得到预氧化纤维。
炭化工艺：在高纯氮气保护下进行，其中，升温速率为3K-10K/min,预设温度为1273K-1773K，并恒温0.5h；得到炭纤维。
石墨化工艺：在高纯氩气保护下进行，其中，预设温度为2773K-3273K，并恒温0.5h；得到石墨纤维。
实施例4
本发明实施例提供一种避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、硅纳米改性沥青材料的制备
S1.1、将沥青置于球磨罐中进行球磨，经过200目筛网处理，得到中间相沥青粉末；
S1.2、将中间相沥青粉末与纳米硅粉置于球磨罐中，其中混合粉末与玛瑙球的体积比为1:1；其中，中间相沥青的软化点是450K-535K。纳米硅粉的颗粒尺寸为30-50nm。
然后加入无水乙醇进行湿混，湿混时间为12h；其中，无水乙醇与混合粉末的体积比为1:1.5。
球磨结束后后停机冷却10h后将样品取出。先将样品置于室温下干燥。待酒精挥发完毕，将玛瑙球与粉末分离，再将粉末置于真空干燥箱内100℃下真空干燥1h，将干燥好的样品收集到样品瓶中并置于干燥器中备用，得到硅纳米改性沥青材料；
其中，所述硅纳米改性沥青材料中，硅的质量百分比含量为0.05％。
S2、纤维原丝的制备
在惰性气氛保护下，将硅纳米改性沥青材料加热到460K-580K，然后施加0.1MPa-1.2MPa压力，进行纤维纺制，并将制备的纤维用收丝设备进行收集，经过调整优化各工艺参数，制备一系列纤维原丝；
S3、中间相沥青基石墨纤维的制备
在S2的一系列纤维原丝基础上，进行一系列的热处理工艺：预氧化、炭化(管式炉炭化处理)和石墨化工艺(石墨化炉处理)，最后制备出具有优异的石墨结构特征的中间相沥青基石墨纤维。
纤维原丝的预氧化工艺：在空气气氛中进行，其中，升温速率为3K-10K/min，预设温度为480K-600K，各段终温均恒温1h；得到预氧化纤维。
炭化工艺：在高纯氮气保护下进行，其中，升温速率为3K-10K/min,预设温度为1273K-1773K，并恒温0.5h；得到炭纤维。
石墨化工艺：在高纯氩气保护下进行，其中，预设温度为2773K-3273K，并恒温0.5h；得到石墨纤维。
比较例1
本发明实施例提供一种中间相沥青基石墨纤维的制备方法，以未改性的沥青作为原料，制备石墨纤维；该制备方法包括以下步骤：
S1、纤维原丝的制备
在惰性气氛保护下，将未改性沥青材料加热到460K-580K，然后施加0.1MPa-1.2MPa压力，进行纤维纺制，并将制备的纤维用收丝设备进行收集，经过调整优化各工艺参数，制备一系列纤维原丝；
S2、中间相沥青基石墨纤维的制备
在S1的一系列纤维原丝基础上，进行一系列的热处理工艺：预氧化、炭化(管式炉炭化处理)和石墨化工艺(石墨化炉处理)，最后制备出中间相沥青基石墨纤维。
纤维原丝的预氧化工艺：在空气气氛中进行，其中，升温速率为3K-10K/min，预设温度为480K-600K，各段终温均恒温1h；得到预氧化纤维。
炭化工艺：在高纯氮气保护下进行，其中，升温速率为3K-10K/min,预设温度为1273K-1773K，并恒温0.5h；得到炭纤维。
石墨化工艺：在高纯氩气保护下进行，其中，预设温度为2773K-3273K，并恒温0.5h；得到石墨纤维。
材料表征与分析
比较例1是以未经过硅纳米粉改性的沥青为原料，经过多孔纺丝机所制备得到纤维原丝，将纤维原丝经过一系列的热处理工艺：预氧化、炭化和石墨化工艺，最后制备出中间相沥青基石墨纤维。其中，经过预氧化工艺得到的预氧化纤维的扫描电镜图如图1所示。经过石墨化工艺得到的石墨纤维的扫描电镜图如图2所示。
由图1中可以看出，比较例1的预氧化纤维截面未劈裂，呈圆形相貌。
由图2(a)中可以看出，比较例1的石墨纤维截面结构是劈裂的，贯穿每根石墨纤维的通身，劈裂现象是石墨纤维的群体表现，并非个别单根石墨纤维的表现。图2(b)中为单根截面劈裂的石墨纤维，劈裂角度接近60°。而劈裂的石墨纤维，在与树脂等材料复合时，在石墨纤维劈裂处存在缺陷，这将严重影响复合材料的性能、使用寿命以及服役期间的安全性。
实施例1是将纳米硅粉以0.1wt％的添加量加入到沥青粉末中，经过多孔纺丝机所制备得到纤维原丝，将纤维原丝经过一系列的热处理工艺：预氧化、炭化和石墨化工艺，最后制备出中间相沥青基石墨纤维。经过石墨化工艺得到的石墨纤维的扫描电镜图如图3所示。
由图3中可以看出，实施例1的纤维原丝经过预氧化、炭化和石墨化后，其纤维截面结构均无劈裂现象。
在炭化之前，比较例1与实施例1的预氧化纤维均为圆形截面，并未出现劈裂情况。在炭化、石墨化之后，比较例1中未改性的石墨纤维出现劈裂，而实施例1经过改性的石墨纤维截面结构完整。由此可见，纳米硅粉对中间相沥青材料的改性有助于消除石墨纤维截面结构的劈裂。而实施例1以改性沥青为原料，所制备出的中间相沥青基石墨纤维的劈裂已经被消除。表明本发明实施例1提出的消除中间相沥青基石墨纤维的劈裂缺陷的方法是有卓有成效的。
实施例2是将纳米硅粉以0.3wt％的添加量加入到沥青粉末中，经过多孔纺丝机所制备得到纤维原丝，将纤维原丝经过一系列的热处理工艺：预氧化、炭化和石墨化工艺，最后制备出中间相沥青基石墨纤维。经过石墨化工艺得到的石墨纤维的扫描电镜图如图4所示。
由图4中可以看出，实施例1的纤维原丝经过预氧化、炭化和石墨化后，其纤维截面结构均无劈裂现象。
在炭化之前，比较例1与实施例2的预氧化纤维均为圆形截面，并未出现劈裂情况。在炭化、石墨化之后，比较例1中未改性的石墨纤维出现劈裂，而实施例2经过改性的石墨纤维截面结构完整。由此可见，纳米硅粉对中间相沥青材料的改性有助于消除石墨纤维截面结构的劈裂。
本发明还以如炭黑等其他纳米材料替换实施例2的纳米硅粉作为比较例2，比较例2得到的改性的石墨纤维仍有部分纤维劈裂，效果不佳。由此进一步证明，纳米硅粉对中间相沥青的改性有助于消除石墨纤维截面结构的劈裂。
这是由于中间相沥青具有片层结构，同时具有液晶特性。这也是沥青基石墨纤维聚具有高导热、高模量的特性的根源。但是在石墨纤维制备过程中，沥青片层取向，调控不到位，就会出现劈裂结构。而在添加纳米硅粉后，对沥青片层取向起到很好的调控作用。在后续热处理过程中，硅材料优化了纤维内部应力-应变效应，有效避免应力-应变在纤维径向某一薄弱角度释放，得到纤维截面完整的结构。而且硅材料的引入，相对于沥青而言，质量含量非常低，并不会降低石墨纤维的力学性能。
石墨纤维的抗拉强度与抗拉模量是衡量石墨纤维的一类重要的基本数据。由于实施例1-4得到的改性的石墨纤维的性能基本相同，因此，以实施例2改性的石墨纤维与比较例1未改性的石墨纤维进行各项性能测试对比，结果如表1所示。
表1实施例2与比较例1得到的石墨纤维的性能测试结果
| 抗拉强度/GPa | 抗拉模量/GPa | 伸长率/％ | |
| 实施例2 | 2.49 | 138.8 | 1.74 |
| 比较例1 | 1.95 | 105.9 | 1.84 |
根据表1结果可以看出，比较例1中未改性的石墨纤维的抗拉强度为1.95GPa，抗拉模量为105.9GPa，伸长率为1.84％。实施例2经过改性的石墨纤维的抗拉强度为2.49GPa，抗拉模量为138.8GPa，伸长率为1.74％。由此可见，实施例2经过改性后的中间相沥青基石墨纤维的力学强度明显增强，表明采用实施例2的方法并没有降低石墨纤维的力学性能。
采用透射电子显微镜分析实施例2的石墨纤维内在的微观结构。图5为实施例2经过改性的石墨纤维的形貌图。图6为实施例2经过改性的石墨纤维的微观结构图。图7为比较例1和实施例2的石墨纤维的褶皱微观结构图。图7(c)为比较例1中未改性的石墨纤维的褶皱微观形貌图，图7(d)为实施例2中经过改性的石墨纤维的褶皱微观形貌图。
由图5中可以看出，经过改性的石墨纤维呈典型的辐射状条纹结构。
由图6中可以看出，经过改性的石墨纤维呈现了明显的石墨条纹，充分表明改性的石墨纤维的石墨片层发育很完善。
由图7可以看出，实施例2经过改性的石墨纤维的褶皱更有利于抵抗外界物理作用，具有较好的应力-应变性能，有助于提高石墨纤维的强度/模量性能。同时，对褶皱的发育调控，可进一步调控导热性能。
综上，以纳米硅改性沥青作为原料制备中间相沥青基石墨纤维，可避免其截面结构劈裂。该石墨纤维抗拉强度为2.49GPa，可满足作为复合材料要求的强度指标性能，具有更广的市场应用前景。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在惰性气氛保护下，将硅纳米改性沥青材料加热到460K-580K，然后在0.1MPa-1.2MPa压力下进行纤维纺制，并将制备的纤维用收丝设备进行收集，得到纤维原丝；
S2、将S1的纤维原丝进行预氧化、炭化和石墨化热处理工艺，得到中间相沥青基石墨纤维。
2.根据权利要求1所述避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，其特征在于，所述硅纳米改性沥青材料中，硅的质量百分比含量为0.05％-3％。
3.根据权利要求1所述避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，其特征在于，所述硅纳米改性沥青材料的制备过程如下：
S1.1、将沥青置于球磨罐中进行球磨，经过200目筛网处理，得到中间相沥青粉末；
S1.2、将中间相沥青粉末与纳米硅粉置于球磨罐中，其中混合粉末与玛瑙球的体积比为1:1，纳米硅粉的加入量占混合粉末质量的0.05％-3％；
然后加入无水乙醇进行湿混，湿混时间为12h；
之后停机冷却10h，取出样品置于室温下干燥，再置于100℃下真空干燥1h，得到硅纳米改性沥青材料。
4.根据权利要求3所述避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，其特征在于，S1.2中，无水乙醇与混合粉末的体积比为1:1～3。
5.根据权利要求3所述避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，其特征在于，所述纳米硅粉的颗粒尺寸为30～50nm。
6.根据权利要求1所述避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，其特征在于，所述纤维原丝的预氧化热处理工艺过程如下：
在空气气氛中对纤维原丝进行预氧化热处理，其中，升温速率为3K-10K/min，预设温度为480K-600K，各段终温均恒温1h。
7.根据权利要求1所述避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，其特征在于，所述炭化热处理工艺过程如下：
在高纯氮气保护下对预氧化热处理的纤维原丝进行炭化热处理，其中，升温速率为3K-10K/min，预设温度为1273K-1773K，并恒温0.5h。
8.根据权利要求1所述避免截面结构劈裂的中间相沥青基石墨纤维的制备方法，其特征在于，所述石墨化热处理工艺过程如下：
在高纯氩气保护下对炭化热处理的纤维原丝进行石墨化热处理，其中，预设温度为2773K-3273K，并恒温0.5h。
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