MWCNT/Lyocell炭纤维的制备及其性能

为了提高Lyocell基炭纤维的得率及其力学性能,纺制了MWCNT/Lyocell纤维并以此为原丝制备了炭纤维.采用广角X-衍射(WAXD)、热失重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、强度仪等分析了试样的结构与性能.结果表明:MWCNT/Lyocell纤维具有纤维素Ⅱ晶型的结构,纤维表面光滑且截面为圆形,符合优质炭纤维原幺幺的要求.以此为原丝所制炭纤维中,MWCNTs分布均匀;与纯Lyocell基炭纤维相比,掺杂MWCNTs的Lyocell基炭纤维的力学性能明显提高,其中,掺杂质量分数1％ MWCNTs的Lyocell基炭纤维的强度和模量分别比纯Lyocell基炭纤维提高70％和116％.同时掺杂MWCNTs还可以提高Lyocell纤维的热稳定性,进而提高Lyocell基炭纤维的得率.     

Lyocell/多壁碳纳米管复合纤维的制备及性能

将多壁碳纳米管(MWCNTs)水悬浮液、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶液及纤维素共混得到纺丝液,通过干湿法制备了Lyocell/MWCNT复合纤维。采用X-衍射仪(WAXD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、强度仪等分析了所得纤维的结构和性能。WAXD图谱显示复合纤维仍然具有纤维素II晶型的结构,同时还保留了MWCNTs的特征衍射峰;二维X衍射结果表明:MWCNTs质量分数为5%的复合纤维中,MWCNTs与纤维轴的取向角为±15.2°,说明复合纤维中MWCNTs基本沿着纤维轴取向。SEM结果显示复合纤维中MWCNTs在Lyocell基体中分布均匀。对纤维的力学性能分析进一步表明:添加适量的MWCNTs可使复合纤维的力学性能提高,MWCNTs质量分数为1%的复合纤维的初始模量和强度分别比Lyocell纤维增加49.4%和15.7%。     

聚丙烯腈基炭纤维制备过程中的表面形态和结构研究

为了制备高性能的聚丙烯腈基炭纤维，用SEM和TEM等分析方法跟踪炭纤维生产全过程中纤维微观结构所发生的变化。在湿法纺丝中，控制预牵伸倍数为7倍，调整凝固浴的温度为16℃时，可纺出截面近似圆形的高质量原丝，纤维的截面和表面的微纤比较紧凑，表面缺陷和裂纹较少；原丝经过预氧化后仍保持原来的微原纤结构，纤维外部表层的石墨微晶较大，所含孔隙较少，内部的微晶较小且含有大量孔隙。用高锰酸钾改性原丝能够得到质量优异的预氧化纤维，改性预氧丝的纤维基面增加比未改性的多，基面沿纤维轴排列的程度更高。所制备的炭纤维具有由原丝演变来的微观结构，微纤沿纤维轴高度取向，微纤之间有细长的孔隙，并堆砌在一起形成枝化微纤的伸展网络，炭纤维截面形状也近似为圆形。合理调整制备工艺，得到了强度为3．6GPa-4．2GPa，断裂延伸率为1．6％-1．8％，模量为235GPa-240GPa的聚丙烯腈基炭纤维。结果表明：炭纤维的微观组织结构与原丝的微观组织结构密切相关，高强度、高取向度和结构均匀的原丝是获得高强度和高模量炭纤维的前提。     

MWNTs／Lyocell复合纤维的制备及性能EI

将改性多壁碳纳米管(MWNTs)、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液及纤维素共混后制备了MWNTs/Lyocell复合纤维。采用X射线衍射仪(WAXD)、场发射扫描电镜(FSEM)、强度仪等分析了复合纤维的结构和性能。WAXD图谱显示:MWNTs已经混入到复合纤维的纤维素主体中,且未影响纤维素Ⅱ的晶型结构;FSEM及二维X射线衍射结果表明:复合纤维中,MWNTs分布均匀,且其沿纤维轴向的取向角随纺丝喷头拉伸比的增大而减小;对纤维的力学性能分析进一步表明:添加适量的MWNTs可使复合纤维的力学性能改善。其中,质量分数为1%MWNTs的复合纤维的初始模量和强度分别比未添加碳纳米管的Lyocell纤维提高了42%和22%。     

石油沥青基炭纤维的制备

利用元素分析、TG、DSC、FT—IR、XRD和STM等手段研究了各向同性沥青和各向异性沥青基炭纤维的不熔化、炭化和石墨化工艺过程，对不熔化过程的反应机理进行了推导，并计算出不熔化反应的动力学参数。同时还研究了石墨化过程中，纤维的力学性能和结晶参数的变化。研究结果表明，在制备沥占基炭纤维工艺过程中，各向同性沥青纤维(APF)的最佳氧的质量分数为19.63％，而各向异性沥青纤维(APF)的最佳氧的的质量分数为8.03％。各向同性沥青基石墨纤维(IPGF)的d002，Lc，La分别为0.3432nm、3.432nm和8．053nm，而各向异性沥青基石墨纤维(APGF)的d002、Lc、La分别为0.3391nm、25．69nm和53．05nm。IPGF的拉伸强度和模量分别为596MPa和58GPa，而APGF的拉伸强度和模量分别为2956MPa和632GPa。     

Lyocell纤维与国产粘胶纤维的对比研究

对Lyocell纤维与国产粘胶纤维的结构和性能进行了各方面的对比,小角X－ray衍射测定的孔径分布表明Lyocell纤维所包含的大尺寸孔洞比例少于国产粘胶纤维,广角X－ray衍射分析的结果表明两者具有相似的结晶结构,但前者结晶度明显高于后者;Lyocell纤维的表面形貌的优越性是通过扫描电镜技术体现出来的;统计计算表明,Lyocell的强度明显高于国产粘胶纤维,文中沿用制备国产粘胶基钢纤维的工艺条件成功地制得了Lyocell基炭纤维,并与粘胶基炭纤维进行了强度比较。     

炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的导热和力学性能（英文）

为了改善纤维增强树脂基复合材料厚度方向(Z向)热导率和纵向(X向)压缩强度,通过向氰酸酯树脂中加入不同质量分数的鳞片石墨填料进行树脂基体改性,并与中国TG800炭纤维复合制备成炭纤维复合材料。研究了鳞片石墨/氰酸酯复合物固化前的流变性能,固化后的导热率、力学性能,以及炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的热导率和力学性能。结果表明,未固化鳞片石墨/氰酸酯复合材料的流变复数黏度随着鳞片石墨添加量呈指数型增加,随着形变量的变化表现出佩恩(Payne)效应,体现了鳞片石墨在树脂基体中的联通网络的形成和破坏过程;固化后复合材料的热导率随着鳞片石墨添加量的增加呈线性增加。当鳞片石墨添加量为10 wt%时,鳞片石墨/氰酸酯拉伸模量从2.9 GPa提高到4.3 GPa,提高了48%,热导率提高了100%,炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的Z向导热率提高了127%,复合材料纵向压缩强度提高了31%。     

羟基氨基改性硅油阳离子乳液的合成及其在炭纤维原丝油剂中的应用

为制备储存稳定、适合聚丙烯腈基(PAN)炭纤维原丝生产用油剂,利用三步法合成了一种具有自乳化特性的羟基氨基改性硅油(HA-PDMS),并与商业化的环氧改性硅油产品进行复配制备成炭纤维原丝油剂(P-OA)。在PAN生产线上,使用P-OA和日本竹本油剂(J-OA)分别生产上油的PAN原丝P-PAN和J-PAN;对P-PAN和J-PAN进行炭化处理制备相应炭纤维P-CF和J-CF。利用FT-IR和1H-NMR确认HA-PDMS结构;利用激光粒度分析仪、热重分析仪和表面张力仪对P-OA与J-OA进行特性分析;利用摩擦系数仪、毛羽量测试仪、纤维强力仪对上油后的原丝和炭化后的炭纤维进行测试表征和对比分析。结果表明,上油后的P-PAN单丝拉伸强度较J-PAN有所提高;炭化后P-CF较J-CF拉伸强度、拉伸模量均有提高,而毛羽量显著减小。     

原丝浸渍硼酸对炭纤维结构与性能的影响

聚丙烯腈原丝(3K,1.1dtex)用硼酸进行浸渍,再分别进行间歇式预氧化和炭化。借助元素分析、X射线衍射、红外分析和扫描电镜等表征手段和力学性能测试,研究了硼酸浸渍对原丝结构、预氧化炭化过程及炭纤维结构与性能的影响。结果表明,硼能进入到原丝的内部,但只是物理吸附,在浸渍过程中不改变原丝结构,在预氧化过程,硼钝化了纤维的环化、氧化反应,起始温度推迟2.5℃。在炭化过程中,硼促进了纤维结构的有序化和完善,炭纤维的强度和模量都得到了提高。硼质量分数为1.376×10-4,张力为108 g时,炭纤维抗拉强度为2544 MPa,较同等条件未渗硼的提高约90%。     

SiOC陶瓷涂层改善炭纤维的抗氧化性能（英文）

以乙烯基改性的硅氧烷作为溶胶凝胶前驱体在炭纤维表面制备出SiOC陶瓷涂层。采用扫描电镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、拉曼光谱以及热重分析对涂层进行表征。炭纤维的力学性能通过单丝拉伸强度测试研究。结果表明,无定型的Si OC涂层由SiCxO4-x结构单元和自由碳相组成。SiOC涂层可改善炭纤维的抗氧化性能。涂层脱落与表面裂纹导致纤维拉伸强度降低以及weibull模量增加。与未涂层纤维相比,具有200nm涂层厚度的炭纤维初始氧化温度可提高150℃,其单丝拉伸强度为2.32 GPa。     

乙炔热裂解沉积对PAN基炭纤维性能的影响

利用有机溶剂去除PAN基炭纤维表面的集束剂与染剂.然后通过乙炔热裂解沉积对其进行表面改性,以期获得兼具高机械强度和优良导电性的高性能PAN基炭纤维.采用SEM、AFM、XRD、Raman等方法对PAN基炭纤维在改性前后的微观结构、结晶性、抗拉强度、弹性模量、导电性等进行了分析.研究结果表明采用化学气相沉积法可以提高或者明显改善石墨化处理后的PAN基炭纤维的力学性能(抗拉强度为2GPa,弹性模量为270GPa)和导电性(5×10-4Ω·cm).     

炭纤维表面生长碳纳米管

采用化学气相沉积工艺在炭纤维表面生长了碳纳米管,并观察了它的微观形貌,且对其影响因素进行了初步研究.结果表明:纤维表面的纵向沟槽可以负载催化剂粒子,是生长碳纳米管的物理基础;催化剂的浓度太高,金属粒子容易团聚长大,所得碳纳米管的管径较大;而催化剂浓度太低,则不能在炭纤维整个表面均匀生长碳纳米管;最佳的催化剂溶液的浓度是0.05mol/L的硝酸钴.比较了铁、钴、镍三种过渡金属催化剂,从形成的碳纳米管的质量来看,钴催化剂最佳.     

单壁碳纳米管无纺膜的抗凝血性能研究及其对血液系统中植入性假体的意义

以血液接触环境下的应用为目标，研究了单壁碳纳米管无纺膜的抗凝血性能。通过扫描电镜(SEM)观察和表面元素分析，研究了与凝血过程密切相关的纤维蛋白原、白蛋白以及新鲜血浆在单壁碳纳米管无纺膜表面的吸附行为，并利用SEM和荧光标记流式细胞分析技术(FCM)，从血小板活化形态和血小板膜糖蛋白的构型变化两个方面分析了单壁碳纳米管无纺膜对血小板的作用。实验结果显示，单壁碳纳米管无纺膜对血液中的纤维蛋白分子原具有明显的倾向性吸附，但是并没有像已有的大部分生物材料一样引起明显的后续血小板粘附和活化，材料与血浆接触后，表面上没有观察到可辨识的血小板粘附与活化，富血小板血浆(PRP)中活化血小板在5％左右，表明该材料具有独特的抑制血小板粘附、活化和聚集的抗凝血性能。这种优异的抗凝血性能在血液接触环境中的人工器官、组织替代物、以及可植入器件等方面具有巨大的潜在应用价值。     

空气氧化处理对三维编织炭复合材料性能的影响

利用真空浸渍法制得三维编织炭纤维增强环氧复合材料,研究了空气氧化处理前后炭纤维表面状态的变化以及表面处理对三维编织复合材料力学性能的影响。结果表明:空气氧化处理使炭纤维的比表面积和表面粗糙度发生了变化,随着氧化温度和氧化时间的增加,炭纤维的比表面积有不同程度的增加;但同时伴随着炭纤维强度的下降。经450℃-1h空气氧化处理后,复合材料的弯曲强度、弯曲模量和剪切强度分别提高了149%,91%和29%,但冲击强度下降了23%。     

利用感应加热技术进行炭纤维连续石墨化

采用感应加热技术研制出炭纤维连续高温热处理专用设备石墨化炉，最高使用温度3000℃。对PAN基炭纤维T300进行了连续石墨化处理，热处理温度为2000℃～3000℃，制备出力学性能相当于日本东丽公司M40的石墨纤维，验证了该设备的技术可行性。考察了热处理温度对炭纤维力学性能、密度和直径的影响，用SEM观察了石墨化前后炭纤维表面微观形态的变化。结果表明：随热处理温度的提高，炭纤维的密度增大、直径减小，弹性模量升高，而抗拉强度下降。经3000℃高温热处理后，纤维的弹性模量高达450GPa。     

Preparation of continuous carbon nanotube networks in carbon fiber/epoxy composite

In order to optimize carbon nanotube (CNT) dispersion state in fiber/epoxy composite, a novel kind of CNT organization form of continuous networks was designed. The present work mainly discussed the feasibility of preparing continuous CNT networks in composite: Fiber fabric was immersed into CNT aqueous solution (containing dispersant) followed by freeze drying and pyrolysis process, prior to epoxy infusion. The morphologies of fabric with CNTs were observed by Scanning Electron Microscope. The relationship between CNT networks and flowing epoxy resin was studied. Properties of composite, including out-of-plane electrical conductivity and interlaminar shear strength (ILSS), were measured. The results demonstrated that continuous and porous CNT networks formed by entangled CNTs could be assembled in fiber fabric. Most part of them were preserved in composite due to the robustness of network structures. The preserved CNT networks significantly improved out-of-plane electrical conductivity, and also have an effect on ILSS value.     

Cement-based composites containing functionalized carbon fibers

Carbon fibers can be used to improve both mechanical properties and electrical conductivity of cement, allowing the preparation of a strengthened and toughened cement that can be used for self-monitoring applications. To guarantee both a good dispersion in water and a strong interaction with cement, surface functionalization of carbon fiber surface by reaction with acid was preferred to the use of a dispersing agent. The best oxidation conditions were chosen by using a Taguchi approach, and the samples contained the treated fibers were subjected to both mechanical and electrical tests, to determine flexural strength, toughness, compressive strength and electrical conductivity. It was shown that a not-too-strong oxidation by piranha solution was very effective to obtain well-dispersed fibers and a cement-composite with improved mechanical properties (in particular toughness) and electrical conductivity.     

Improved interfacial properties of carbon fiber/epoxy composites through grafting polyhedral oligomeric silsesquioxane on carbon fiber surface

Carbon fibers were grafted with a layer of uniform octaglycidyldimethylsilyl POSS in an attempt to improve the interfacial properties between carbon fibers and epoxy matrix. Atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and dynamic contact angle analysis were performed to characterize the carbon fibers. AFM results show that the grafting of POSS significantly increased the carbon fiber surface roughness. XPS indicates that oxygen-containing functional groups obviously increased after modification. Dynamic contact angle analysis shows that the surface energy of modified carbon fibers is much higher than that of the untreated ones. Results of the mechanical property tests show that interlaminar shear strength (ILSS) increased from 68.8 to 90.5 MPa and impact toughness simultaneously increased from 2.62 to 3.59 J.     

炭纤维水泥基材料的湿敏性研究

采用直流四端电极法测试炭纤维水泥基材料在不同烘干和泡水时间的电阻率,研究了炭纤维水泥基材料内部含水量对其电阻率的影响.结果表明:炭纤维水泥基材料的电阻率随烘干时间的增加而减少,随泡水时间的增加而增加.炭纤维水泥基材料的电阻率对材料内部含水量的变化较敏感:在温度为20℃、相对湿度为25%的情况下,烘干6d,电阻率变化率约为25%;而在温度为20℃的情况下,泡水4.5h,电阻率变化率约为100%.亦即炭纤维水泥基材料具有良好的湿敏性.     

Fabrication of superhydrophobic 3-D braided carbon fiber fabric boat

A novel superhydrophobic carbon fiber fabric boat was prepared by combination of macro-scale rough surface and low surface energy material treatment. The loading capacities of the boats, fabricated from the resulting superhydrophobic fabrics, were also performed. The highest loading weight, 14.80 g, was obtained by a fabric boat treated with 12.0 wt.% HFTES. The striking loading capacity of the superhydrophobic boat is attributed to the air film trapped around the fabric surface.