沥青基带状纤维的预氧化研究

采用熔融纺丝工艺制备中间相沥青基带状纤维,分别于不同温度和不同时间进行氧化稳定化处理,采用红外光谱仪和元素分析测定预氧化纤维官能团和氧含量的变化,并采用扫描电镜和纤维强伸度仪等检测设备研究2 500℃石墨化纤维的结构和性能.实验结果表明：沥青分子在预氧化过程中与氧发生反应,生成了热固性的沥青大分子.氧化温度越高,氧化时间越长,带状纤维的氧含量越高.厚度为～35μm,宽度为～380μm的带状沥青纤维于氧气气氛经220℃下预氧化20h和2 500℃石墨化处理后,其拉伸强度可达1.75GPa,比240℃和260℃预氧化制得的石墨纤维的拉伸强度高.     

熔融纺丝速度对中间相沥青炭纤维性能的影响

以AR中间相沥青为原料,采用熔融纺丝法制备出中间相沥青纤维,再经预氧化和炭化处理得到中间相炭纤维。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)及纤维拉力仪等手段,研究了熔融纺丝速度对中间相炭纤维直径、内部微观结构、纤维表面微观形貌及纤维力学性能的影响。研究结果表明,随着纺丝速度的增大,中间相沥青纤维平均直径减小,可纺性逐渐下降;当纺丝速度大于330m/min时,中间相炭纤维表面出现纵向纹理缺陷,纤维内部微观结构变得无序;在纺丝速度为330m/min时,炭纤维拉伸强度达到最大值1786MPa,此时纤维直径为11μm。     

中间相沥青基炭纤维在CO_2中氧化特性的研究

通过热重分析仪(TG)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectra)以及扫描电镜(SEM)等检测方法探索了不同炭化温度的中间相沥青基炭纤维在CO_2中的氧化特性。结果表明,在恒温氧化阶段,炭纤维失重率与氧化时间呈线性关系,较高炭化温度处理的中间相沥青基炭纤维,由于其较好的石墨微晶结构,抗氧化性能较好。炭纤维在CO_2中氧化烧蚀,会导致纤维表面形貌发生变化,随着反应进行,氧化反应向纤维内部扩散。在相同氧化条件下,炭化温度较高的炭纤维保持形貌能力更强。     

AR中间相沥青纺丝性能的研究

以AR中间相沥青为原料,采用元素分析与红外分析手段,研究了沥青原料的结构和组成,通过热台偏光显微镜观察和分析了其流动特性。采用氮压式单孔纺丝机进行熔融纺丝,制备中间相沥青纤维,研究了中间相沥青的可纺性及纺丝工艺对于中间相沥青纤维性能的影响。结果表明,在纺丝温度350℃、纺丝压力0.016MPa与收丝速度220m/min的条件下纺丝得到性能优良的沥青纤维,纺丝连续性好,可连续纺丝约5min。经290℃不熔化处理和1000℃碳化后,得到碳纤维拉伸强度1.45GPa、弹性模量120GPa。     

大直径中间相沥青基炭纤维的制备研究

以萘系中间相沥青为原料,通过熔融纺丝和随后的预氧化、炭化以及石墨化处理制备了中间相沥青基圆形炭纤维.研究了热处理温度对纤维导电性能和力学性能的影响,并采用红外光谱仪、元素分析仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对纤维的组成、形貌和微观结构进行了表征.研究结果表明：纤维在预氧化时形成的羟基、酰基等含氧官能团在随后的炭化、石墨化处理过程中消失;随热处理温度的升高,石墨微晶逐渐发育、长大,并沿纤维轴向高度取向,纤维的电阻率不断降低,力学性能不断增强;3 000℃石墨化纤维电阻率为1.3μΩ·m,对应的强度和模量值为1.6GPa和380 GPa.     

AR中间相沥青纺丝性能研究

以AR中间相沥青为原料,采用元素分析与红外分析手段,研究了沥青原料的结构和组成,通过热台偏光显微镜观察和分析其流动特性。采用氮压式单孔纺丝机进行熔融纺丝,制备中间相沥青纤维,研究了中间相沥青的可纺性及纺丝工艺对于中间相沥青纤维性能的影响。结果表明,在纺丝温度350℃、纺丝压力0.016 MPa与收丝速度220 m/min条件下纺丝得到性能优良的沥青纤维,纺丝连续性好,可连续纺丝约5 min。经290℃不熔化处理和1 000℃碳化后,得到碳纤维拉伸强度1.45 GPa、弹性模量120 GPa。     

中间相沥青基炭纤维的研制

对不同的中间相沥青原料进行了微型纺丝机的试纺工作，探讨了中间相沥青的可纺性及炭纤维性能与中间相沥青性能的关系；采用自制的落球粘度计研究了BS－9中间相沥青原料的流变性能随温度变化的规律；同时对以BS－9为原料获得的沥青纤维进行了不熔化、炭化处理，研究了预氧化最终温度对炭纤维性能的影响。研究表明：中间相沥青本身的性质影响其可纺性并最终影响炭纤维的性能，在熔融纺丝过程中，要与纺丝工艺参数相互协调；落球法提供的可纺温度与微型纺丝机的纺丝实验基本吻合，为今后纺丝温度的选取提供了理论依据；不熔化处理温度是影响炭纤维性能的关键因素。以BS－9为原料，在本实验条件下，得到直径为10.03μm、拉伸强度为1.96GPa的沥青基炭纤维。     

中间相沥青基石墨纤维热导率与结构关系研究

探讨了中间相沥青基石墨纤维(MPGF)结构对热导率的影响规律。研究结果表明,所得MPGF的截面结构全为大角度开裂放射状,开裂角度为148.2°～159.7°;开裂放射状MPGF具有优异的导热性能,MPGF的单丝热导率为382～683 W·m~(-1)·K~(-1),基本随纤维当量直径的增大而增大;XRD研究表明,纤维石墨微晶尺寸的增大有利于MPGF热导率的提高。     

中间相沥青的调制及其大直径炭纤维制备

以萘沥青为原料,分别采用常压聚合、加压聚合以及甲苯可溶组分加压聚合3种方式调制中间相沥青,并对制备的3种中间相沥青进行熔融纺丝、氧化稳定化和炭化处理制备大直径(约20μm)炭纤维,再利用相关测试仪器对制得的不同中间相沥青及其炭纤维进行分析和表征。结果表明:相同热处理条件下,加压聚合制备的中间相沥青较常压聚合的沥青液晶相转化程度高,分子取向优异,以其为原料制备的大直径炭纤维拉伸强度为840 MPa,明显高于常压聚合沥青所制炭纤维的拉伸强度(540 MPa)。萘沥青经甲苯抽提后灰分从790×10~(-6)降至180×10~(-6),以其可溶组分加压聚合制备的中间相沥青光学织构取向较好,所制大直径炭纤维的拉伸强度可达950 MPa。     

中间相沥青纤维在不同氧气浓度下氧化稳定化过程的研究

研究了萘系中间相沥青在不同氧气浓度下氧化稳定化过程，以期改善炭纤维的力学性能和缩短氧化稳定化时间，与空气相比（氧含量为２１％），在较低的氧气浓度下（Ｏ２：１０％，Ｎ２：９０％，体积含量）氧化后的纤维，经过后续炭化处理，炭纤维的抗拉强度及模量有一定的提高，而最终氧化终温则一样；在较高的氧气浓度下（３０％，５０％）进行氧化稳定化，可使氧化终温比空气时降低２０℃左右，但炭纤维的抗拉强度及模量有所下降。元素分析数据及红外光谱表明在较高氧气浓度下，沥青纤维与氧气的反应速度大大加快，在不同氧气浓度下稳定化、炭化后而得的炭纤维断面结构及微晶参数没有很大差别。     

C型炭纤维阳极氧化处理及其增强ABS复合材料的研究

以NH4NO3为电解质,对C型通用级沥青基炭纤维在不同条件下进行阳极氧化表面处理,并通过SEM、力学性能测试等方法考察了纤维及其复合材料的性能,发现经氧化处理后,炭纤维表面粗糙度和含氧官能团如C-O、C=O、COOH等数目明显增大,CF/ABS复合材料的界面粘结性得到有效地改善;复合材料的拉伸强度、弯曲强度及模量有所提高,断裂形式由纤维拔出转变为纤维断裂。     

高导热炭纤维复合材料的制备及其性能研究

以聚苯硫醚为基体,中间相沥青基炭纤维为增强材料,采用热压成型工艺制备高导热炭纤维复合材料。研究了不同炭纤维含量对聚苯硫醚基复合材料结构和性能的影响。通过XRD、SEM、TEM等手段对材料微观结构进行观察分析,并测试复合材料的力学性能和导热性能。结果表明:不同炭纤维含量对复合材料性能影响不同。随着炭纤维含量的增加,力学性能随之降低,导热率随之升高。纤维含量为5%时,复合材料拉伸强度最高为45.17 MPa,弯曲强度最高为82.24 MPa,导热率最低为0.82W/m·K;纤维含量为20%时,复合材料拉伸强度最低为30.57 MPa,弯曲强度最低为69.36 MPa,导热率最高为1.88 W/m·K。通过微观形貌分析得出炭纤维结合能低,惰性高,与基体结合不够紧密。     

中间相沥青炭纤维研究

本文采用石油重质渣油，通过加压－减压两段热缩聚方法调制中间相沥青，并对其进行了收率测算，元素分析，红外光谱分析、热台偏光显微镜观查等，研究了其组成和结构。将上述纤维经单孔纺丝、预氧化、炭化处理后，利用扫描电镜研究了所得炭纤维的横截面形态结构。实验结果表明：两段式热缩聚可获得中间相含量高、收率、热稳定性及可纺性好的中间相沥青。由该沥青制备的炭纤维横截面呈洋葱皮形态结构，平均直径１０μｍ，拉伸强度１．７８８ＧＰａ，断裂伸长１．１％。     

大丝束聚丙烯腈基预氧丝炭化研究

采用正交实验法研究了炭化温度、炭化时间、升温速率等因素对两种聚丙烯腈基预氧丝炭化产物结构和性能的影响.结果表明,进口东邦48 K大丝束聚丙烯腈基预氧丝环化程度优于国产吉林6 K小丝束聚丙烯腈基预氧丝,在炭化温度950℃,升温速率4℃/min,保温时间10 min条件下,炭化可取得最佳性能,炭化产物纤维拉伸强度达2.96 GPa,而国产吉林6 K小丝束在炭化温度1 100℃,升温速率4℃/min,保温时间5 min条件下炭化产物性能最佳,产物炭纤维拉伸强度近3.80 GPa.伴随两种预氧丝炭化过程,纤维颜色加深,表面缺陷减少,拉伸断裂模式均由假塑性向脆性过渡,为复合材料低成本开发中预氧丝坯体制备与炭化工艺提供了参考依据.     

煤直接液化沥青制备中间相沥青炭纤维的研究北大核心

中间相沥青基炭纤维的性能直接取决于纺丝用中间相沥青,煤直接液化沥青因其饱和烃含量高,氢碳比高,高温融变性好,硫含量低等优点成为制备纺丝用中间相沥青的优良前驱体。本文以煤直接液化沥青为原料,研究不同热缩聚工艺对中间相沥青组成和结构的影响,通过考察其偏光织构、软化点、喹啉不溶物含量、黏温曲线和纺丝时长等指标综合评价可纺性。采用高低温结合多段聚合工艺制得具有大融并体结构、可纺性优良的中间相沥青,并进一步制得具有理想微观形貌的纤维,其拉伸强度为2.03 GPa,拉伸模量达到581 GPa。     

中间相沥青纤维氧化及炭化的研究

以石油系催化裂化渣油为原料，调制出可纺性的中间相沥青，并纺出均匀的中间相沥青纤维。用热分析法和元素分析法，确定了最佳氧化条件。利用X-射线衍射技术（XRD）及透射电镜（TEM）对中间相沥青炭纤维进行了表征，求得了结构参数、并研究了炭化过程中，结构、性能与温度的依存关系。     

中间相沥青及其炭纤维的显微结构和性能

中间相沥青基炭纤维(CF)的力学性能受中间相沥青的微结构和不熔化、炭化。石墨化过程的影响。本文考察了几种不同原料的中间相沥青的微观结构,乙沥渣油两个馏份的中间相沥青为细镶融并体,是难石墨化物质,而T渣油E馏份中间相沥青是由小球有序堆积形成的一种大的各向异性融并体,是易石墨化物质,中间相的不同结构直接影响CF的力学性能.用电子显微镜观察了CF的结构形态,由T渣油E馏份制成的中间相沥青炭纤维呈现放射状的径向结构,并存在孔隙裂纹.它们主要取决于中间相沥青的原料和不熔化、炭化和石墨化的工艺条件,最终影响CF的力学性能。     

通用型沥青基炭纤维纺丝工艺的优化研究

以软化点为294℃、喹啉不溶物为28.35%的各向同性沥青为原料,以通用型沥青基炭纤维的丝径与抗拉强度为评价指标,选择原丝制备过程中的纺丝温度、纺丝压力和拉伸速率工艺参数,运用三元二次回归正交设计对纺丝工艺进行优化组合,探究了最佳的纺丝工艺条件。研究结果表明,纺丝温度及纺丝压力对炭纤维丝径与抗拉强度的显著性影响大于拉伸速率的显著性影响。在纺丝温度为383℃、纺丝压力为0.26 MPa、拉伸速率为319 m/min的条件下进行熔融纺丝,将纺制的原丝经过预氧化和炭化处理后,获得的炭纤维丝径为15.6μm,其抗拉强度达到631 MPa。     

硝酸对HTA炭纤维表面形貌和力学性能的影响

为了提高炭纤维（CF）的表面性能和拉伸强度，用浓度为65％的HNO3对HTA炭纤维的表面进行不同时间的氧化处理。采用SEM观察炭纤维表面形貌的变化，用BET吸附研究比表面积和平均孔径的变化，并进行力学性能检测。结果表明：随着炭纤维表面氧化时间的延长，由于氧化刻蚀的不断加剧，炭纤维表面先粗糙后光滑，比表面积先增大后减小，拉伸强度先增大后减小，最后增加。当硝酸处理时间为15min时，炭纤维的表面性能和拉伸强度最好。     

苯基硅油集束剂对中间相沥青纤维不熔化过程影响

以中间相沥青为原料,通过熔融纺丝、不熔化和炭化处理得到了中间相沥青炭纤维,利用FTIR和TG-DSC手段研究了沥青纤维的不熔化过程。结果表明,沥青纤维在氧化过程中沥青分子与氧反应形成了耐热的氧桥结构,且反应主要发生在200～350℃。利用DSC、SEM、EDS等手段研究了苯基硅油集束剂对中间相沥青纤维不熔化过程的影响。研究结果表明,集束剂很好地改善了纤维间的静电作用,减少了纤维与导辊间的相互摩擦,有效避免纤维表面产生缺陷。同时集束剂还能够很好地改善沥青纤维的集束性和分纤性,使得纤维排列规整性提高。但是在集束剂作用下,纤维丝束密度过大阻碍了纤维束间的气流流动,减缓了反应过程中的热量释放,易导致热点处纤维的融并。当不熔化温度为290℃、集束剂浓度1%时,炭纤维的抗拉强度为1.36GPa。