硬氧化表面镀层工艺在碳纤维生产设备中的应用

针对聚丙烯腈基碳纤维生产设备中传统硬化工艺铝合金配件存在的不足,采用硬氧化表面镀层工艺对铝合金配件进行表面处理,并从加工成本、使用寿命、配件质量以及对碳纤维原丝质量的影响等方面与传统硬化工艺配件进行比较。结果表明:采用硫酸硬质阳极氧化直流法对碳纤维生产中铝合金原丝托辊和络筒机导丝轮进行表面处理,处理后配件的表面粗糙度及表面硬度与传统硬化工艺配件的基本一致,可满足碳纤维原丝生产要求;硬氧化表面镀层工艺配件的使用寿命相比传统硬化工艺配件得到了很大提高,加工成本也大大降低,可以有效降低碳纤维原丝的生产成本;使用2种镀层工艺配件得到的碳纤维原丝的质量相近;在碳纤维原丝生产中,硬氧化表面镀层工艺配件完全可以替代传统硬化工艺配件。     

PAN原丝直径对碳纤维收率的影响

对不同预氧化条件下两种直径PAN原丝的碳纤维收率进行了分析,并利用TG、XPS、NMR、Raman等测试表征方法,深入讨论了原丝直径对其碳纤维收率的影响。结果表明:预氧化温度越高,PAN原丝的碳纤维收率越高,相同工艺条件下粗直径PAN原丝的碳纤维收率高于细直径原丝的碳纤维收率,粗直径PAN原丝的热失重一直低于细直径原丝的热失重,细直径PAN预氧丝的预氧化程度高于粗直径PAN原丝的预氧化程度,而不同直径预氧丝表面元素及碳纤维表面微晶结构无差异。     

高性能碳纤维原丝与油剂

油剂是生产高性能原丝和碳纤维的重要辅剂。它在单丝表面均匀成膜,既可防止单丝之间粘连和并丝,也可防止在生产过程中纤维表面与辊筒的摩擦与磨损,从而有效避免纤维表面产生缺陷,是提高原丝和碳纤维性能的有效技术措施之一。     

小角X射线散射对不同碳纤维的比较和分析

应用X射线小角散射的方法研究了不同碳纤维试样的微孔特征.实验结果表明,通过散射强度与角度的曲线对比,说明了国产丝和日本丝在微观孔洞上的差异,日本丝从原丝到碳丝的散射强度都高于国产丝.通过两种碳纤维在生产过程中从原丝到碳丝的散射强度的变化对比,说明了原丝结构缺陷的遗传影响.     

油剂对碳纤维生产中聚丙烯腈原丝预氧化过程的影响

研究了碳纤维生产中两种油剂分别对聚丙烯腈原丝预氧化过程的影响。结果显示：在预氧化过程中,采用的两种油剂均具有良好的物理隔离作用,原丝单丝间均未出现粘连或并丝现象,原丝表面也未见磨损;氧含量、密度和相对环化率数据表明,在预氧化过程中,2＊油剂包覆原丝的预氧化程度比1#油剂的高,这种现象在预氧化初期和终期尤为明显;最终碳纤...     

丙烯腈单体残留对PAN原丝及其碳纤维质量的影响与脱除工艺的改进

分析了在PAN基碳纤维的生产过程中,丙烯腈(AN)单体残留对原丝及碳纤维的毛断丝、纤维表面结构及其性能等方面的影响,调整、优化了脱单工艺参数。试验结果表明,按脱单真空度-100.5 k Pa、脱单温度80℃、薄膜厚度1 mm和停留时间4 h的工艺参数进行物料脱单,AN单体残留量降至3×10-5,明显改善并提高了原丝及其碳纤维的质量和性能。     

PAN原丝至碳纤维缺陷的形成与遗传性

利用扫描电镜（SEM）研究了聚丙烯腈（PAN）原丝至碳纤维结构形态转化过程中缺陷的形成与遗传,结果表明,PAN初生纤维,原丝,预氧化纤维和碳纤维的表面缺陷主要包括沟槽,横纹,粘丝、并丝、杂质、划伤和孔洞等,PAN初生纤维和原丝的内部缺陷主要是皮芯结构、芯部疏松和孔洞,皮芯结构由凝固浴中纤维的双扩散所导致,一直保留到原丝、预氧化纤维直到碳纤维中,可以通过调整凝固的工艺参数增大原丝皮层比例,提高芯部致密性,内部孔洞的形成与扩散和相分离速率有关,可以通过改善致密化和蒸汽拉伸工艺来减少孔洞和减小孔洞尺寸,预氧化纤维中的皮芯结构的形成归因于原丝的遗传和氧的不均匀扩散.     

聚乙二醇/氯化锌条件下回收CFRP方法研究

以真空辅助成型工艺(VARI)制作的碳纤维增强复合材料(CFRP)平板件为降解试件,使用乙酸对其进行分层预处理,然后以聚乙二醇为溶剂,氯化锌为催化剂,采用控制变量法在不同的反应温度、反应时间,氯化锌浓度等工艺参数下对CFRP进行降解回收。利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、动态接触角测量仪、纤维强度仪对回收碳纤维的表面形貌和元素、浸润性以及力学性能进行表征分析。结果表明,CFRP降解的理想工艺条件为:用乙酸于120℃下分层预处理30 min,然后在190℃下,使用浓度为0.6 mol/L氯化锌/聚乙二醇环境反应60 min。使用该方法回收的CFRP,树脂降解率能达到98%以上,碳纤维表面干净光滑无树脂残留,表面元素与原丝相比变化较小,碳纤维和水与乙二醇的浸润性相比原丝得到改善,碳纤维的弹性模量达到原丝的98%以上,拉伸强度达到原丝的97%以上。     

Cu＋Ni复合镀碳纤维增强堇青石基复合材料的研究

通过化学镀方法，在碳纤维表面分别镀上Ni和Cu Ni镀层，以这种表面改性碳纤维与堇青石陶瓷复合，制备表面改性碳纤维增强堇青石基复合材料；研究碳纤维，镀镍碳纤维，铜镍复合镀碳纤维的含量对复合材料的抗弯强度，尺寸变化率，密度和孔隙率等的影响规律。结果表明，碳纤维可以显著地提高材料的性能，表面改性碳纤维可以进一步提高材料性能，尤其是铜镍复合镀碳纤维的增强效果更好，其抗弯强度比基体的抗弯强度提高3．5倍，纤维与基体的复合质量较好。     

利用扫描电子显微镜研究聚丙烯腈基碳纤维的形态结构

采用扫描电子显微镜(SEM)研究了聚丙烯腈(PAN)基原丝及其碳纤维的缺陷和表面沟槽等形态结构,并分析了表面处理后碳纤维与树脂基体的结合状态.结果显示:SEM可以直观地观察到PAN原丝及其碳纤维的表面及内部缺陷,这些缺陷主要遗传自原丝;经表面处理后,碳纤维与树脂基体间结合程度和强度显著提高.     

Optimization of Production of Vidlon Shaped Polycaproamide Twists

It was found that counterpressure of 8 N, draw ratio of 3.28, draw rate of 10.3 m/sec, upper godet temperature of 75@deg;C, lower godet wheel temperature of 100@deg;C, and fixation chamber temperature of 100@deg;C are the optimum conditions for production of shaped polycaproamide carpet twists with a @ldquo;three-pronged star@rdquo; shape that satisfy the state standard and consumer demand. In these conditions, it is necessary to use undrawn shaped polycaproamide fiber with a relative viscosity of 2.99.     

有机前驱体法制备氮化硼纤维的研究进展

氮化硼纤维作为正在发展中的一种重要的高性能无机纤维,具有优异的耐高温和透波性能。目前高性能氮化硼纤维的制备主要采用类似于碳纤维生产的有机前驱体转化法。介绍了国内外合成氮化硼纤维前驱体的各种合成方法以及各种合成产物制备氮化硼纤维路线的优缺点,并对氮化硼纤维研究的发展趋势进行了展望。     

无机合成纤维

介绍了以特种聚合物作为先驱体,通过纺丝、不熔化处理、烧结等过程而制得的一类无机合成纤维。其主要品种有碳纤维和石墨纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氮他硼纤维等。并简要介绍了这类陶瓷纤维的先驱体合成,纤维制造过程、以及纤维的主要性能。     

热解含铁聚硅氧烷原位生长硅氧碳纤维制备硅氧碳复合材料

将铁氯化物混入聚硅氧烷前驱体进行交联成型和热解,利用热解中在聚硅氧烷中形成的孔隙和在孔隙中形成的铁颗粒为催化剂,在硅氧碳陶瓷基体中原位生长出硅氧碳纳米纤维,制备出硅氧碳陶瓷和硅氧碳纤维复合材料。用扫描电子显微镜观察材料断面,结果显示：在硅氧碳陶瓷基体中生长出纳米纤维,部分纤维取向分布,纤维紧贴于硅氧碳陶瓷基体,二者呈良好结合;能谱分析显示纤维中含硅、氧和碳,证实其为硅氧碳。所制得的硅氧碳陶瓷和硅氧碳纤维的复合结构不同于通常热解纯聚硅氧烷形成的单相的硅氧碳结构,在硅氧碳基体中的硅氧碳纤维是在聚硅氧烷前驱体中引入的铁催化剂在热解过程中通过催化聚硅氧烷一维生长形成的,该过程可用于发展一步法原位制备纳米纤维前驱体陶瓷复合材料。     

Fabrication method and mechanical properties of biomimetic Cf/ZrB2-SiC ceramic composites with bouligand structures

Herein, biomimetic C_f/ZrB₂-SiC ceramic composites with bouligand structures are fabricated by combining precursor impregnation, coating, helical assembly and hot-pressing sintering. First, C_f/ZrB₂-SiC ceramic films are achieved through a precursor impregnation method using polycarbosilane (PCS). Second, the PCS-C_f/ZrB₂-SiC ceramic films are coated with ZrB₂ and SiC ceramic layers. Finally, hot-pressing sintering is employed to densify helical assembly C_f/ceramic films with a fixed angle of 30°. The microstructures and carbon fiber content on the mechanical properties of biomimetic C_f/ZrB₂-SiC ceramic composites are analyzed in detail. The results show that the coated ceramic layer on PCS-C_f/ZrB₂-SiC films can heal the cracks formed by pyrolysis of PCS, and the mechanical properties are obviously improved. Meanwhile, the mechanical properties could be tuned by the contents of the carbon fiber. The toughening mechanisms of C_f/ZrB₂-SiC ceramic composites with bouligand structures are mainly zigzag cracks, crack deflection, multiple cracks, carbon fiber pulling out and bridging.     

碳纤维补强增韧陶瓷材料的研究进展

陶瓷材料的脆性是其致命弱点,通过碳纤维补强增韧陶瓷基复合材料是材料学术界关注的热点之一。本文简单概述了陶瓷材料的增韧状况,分别介绍了连续纤维和短纤维对陶瓷材料的性能影响,并对纤维的表面涂层作了简单叙述。     

Cf/SiC复合材料的原料高效改性及其3D打印制备研究进展

选用3D打印制备的碳纤维增强碳化硅陶瓷基（Cf/SiC）复合材料被广泛应用在航空航天、国防军事等重大领域。碳纤维（Cf）作为陶瓷基复合材料的主要候选增强体之一,由于表面惰性的存在,为了提高其与碳化硅（SiC）陶瓷基体的粘附性,对原料Cf的表面改性工作是十分必要的。粉末原料的高效改性制备是3D打印成型陶瓷的重要途径。本文综述了近年来国内外针对Cf改性的各种方法及特点,对Cf/SiC复合材料的3D打印成型及其高效制备方法进行归纳总结。     

LaPO4 coating on alumina-based fiber: Strength retention of fiber and improvement of interfacial performances

The characteristics of the interface are the key factors that determine the mechanical properties and fracture behavior of fiber-reinforced ceramic matrix composites. Design and preparation of coatings which can preserve fiber strength and maintain appropriate interfacial bonding strength are of great challenges. LaPO₄ coating is a promising weak interface coating for oxide fiber reinforced oxide ceramic matrix composites. Through this coating, the toughening mechanism of the composite such as fiber pulling out and fiber debonding is triggered. The LaPO₄ coating was deposited on the surface of alumina-based fibers by a solution precursor heterogeneous precipitation method. The effects of different precursors and different deposition temperatures on fiber strength were studied, and the mechanism of the strength degradation of the coated fiber was analyzed. It was found that the fibers coated with phytic acid precursor and deposited at 90 °C had the highest tensile strength compared to other coated fibers. The retention of strength is attributed to its loosely stacked coating. Besides, a single fiber pullout test was carried out to evaluate the effect of the coating on the interface of the composites. The results show that the composites coated by depositing citric acid precursor and phytic acid precursor at 90 °C can reduce the interfacial bonding strength by 32.5% and 46.7%, respectively compared to uncoated composites. This study has potential application value in the preparation of ceramic matrix composites used in oxidation and high temperature environments.     

Titanium Carbide and Carbide‐Derived Carbon Composite Nanofibers by Electrospinning of Ti‐Resin Precursor

TiO₂/C and TiC/C composite nanofibers were produced by electrospinning of resin/TiCl₄ precursor solution. The resulting ceramic fiber webs were porous and showed surface areas as high as 523 m²g^–1. They were further converted to carbide‐derived carbon (CDC) fibers under full retention of the fiber‐like shape and flexibility. These CDC membranes showed a hierarchical pore structure and specific surface as high as 1378 m²g^–1. Applications in the area of high temperature filtration, catalyst support and energy storage are conceivable.     

聚丙烯腈原丝中二甲基亚砜残留对碳纤维性能的影响

通过对水洗条件的改变,考察了PAN原丝中溶剂二甲基亚砜残留量对碳纤维性能的影响。在原丝中溶剂残留量较高的情况下,碳纤维的密度和强度大幅下降,同时原丝的截面形状和表面形态遭到破坏,影响了碳纤维的性能。