提高质子交换膜燃料电池用碳纤维纸均匀性的研究

以聚丙烯腈基短切碳纤维为原料,通过湿法成形工艺制备碳纤维纸（简称碳纸）原纸,利用现代分析仪器表征不同处理条件下碳纤维的表面形貌、化学结构及元素价态,观察不同处理条件下碳纤维的分散性及其制备的碳纸原纸的均匀性,研究了高温空气氧化处理的最佳工艺条件。结果表明,经过高温空气氧化处理后,碳纤维表面的氧元素和含氧官能团的含量均显著提高,碳纤维在水中的分散性明显改善,碳纸原纸的均匀性明显提高,电阻率的离散系数从0.22下降到0.05。因此,最佳高温空气氧化改性碳纤维的条件是氧化温度500 ℃、氧化时间2 h。     

碳纤维表面改性研究进展

碳纤维表面活性官能团较少,很难与极性聚合物相容。通过对碳纤维进行表面处理,可接枝官能团、短支链、长链结构和聚合物等,从而改变碳纤维表面的比表面积和表面极性,改善其与基体的相容性,拓展碳纤维的应用范围。本文综述了近年来国内外碳纤维改性工作的进展,比较了化学接枝法、电化学法、涂层法、表面氧化法和等离子法等改性方法对碳纤维增强复合材料界面强度的改性效果,发现利用化学接枝法可较显著地提高碳纤维的表面粗糙度。     

碳纤维表面改性处理及其基本性能表征

为改善碳纤维与树脂基体之间的界面性能,提高碳纤维的摩擦性和表面浸润性,以T300碳纤维为原料,在空气条件下采用低温等离子体技术对碳纤维表面进行改性处理。通过正交试验分析法,得到等离子体处理的最佳方案;通过场发射扫描电镜观察得出,经过改性处理后的碳纤维表面变得凹凸不平且具有明显的剥离现象,表面粗糙度增加;通过傅里叶红外光谱测试分析得出,等离子体处理后碳纤维表面引进了-CH2-0H和-COH等新的官能团。等离子体处理使得碳纤维断裂强力减小,摩擦性能提高,表面浸润性提高。在制备碳纤维复合材料时有利于纤维与树脂的结合,利于碳纤维复合材料的制备。     

碳纤维表面协同改性对纸基摩擦材料力学和摩擦学性能的影响

本研究分别采用多巴胺-端环氧基硅油与硝酸-端环氧基硅油体系改性碳纤维,对比了纤维表面形貌和化学官能团的变化,探究了化学协同改性机理。进一步表征了纸基摩擦材料的表面形貌、粗糙度及孔隙结构,研究了协同改性对纸基摩擦材料力学和摩擦学性能的影响规律。结果表明,硝酸-端环氧基硅油改性体系更有利于提升纸基摩擦材料力学强度和耐磨性,改性后纸基摩擦材料的拉伸强度和层间剪切强度分别较改性前提高了25.8%和23.6%,磨损率降至0.620×10^-8 cm³/J;相比于多巴胺预处理,硝酸刻蚀过程不仅可以增加后续端环氧基硅油接枝改性的活性位点,同时提高了碳纤维与树脂间的化学交联密度。     

燃料电池用碳纸的制备及其石墨化研究

以聚丙烯腈（PAN）基碳纤维无纺布为骨架，通过酚醛树脂乙醇溶液浸渍、模压和碳化，再经不同温度石墨化处理，制备了燃料电池用碳纸。通过现代分析仪器表征碳纸原纸的微观形貌、平面方向电阻率、孔隙分布、拉伸强度等指标，探讨石墨化温度对碳纸原纸各项性能的影响。结果表明，在石墨化处理过程中，大块聚集且杂乱无章的树脂炭能够逐渐收缩到碳纤维表面及碳纤维与碳纤维的交结点上，获得较完美的石墨晶体结构。石墨化温度需大于2000 ℃，才能获得具有较好性能且满足应用要求的碳纸原纸。当石墨化温度为2000 ℃时，碳纸原纸的平面方向电阻率为19.0 mΩ·cm，拉伸强度达17.8 MPa，孔隙率达79.15%。     

高导电、导热碳纸的制备及性能表征

为了提高碳纸的导电、导热性,采用电阻小且导热系数高的中间相沥青基碳纤维为原料,部分替代聚丙烯腈基碳纤维以制备碳纸;研究了中间相沥青基碳纤维不同添加比例对碳纸的微观形貌、结晶结构及导电、导热性能的影响。结果表明,随着中间相沥青基碳纤维添加比例的提高,碳纸的石墨化度明显提升,导电、导热性能显著增加。当中间相沥青基碳纤维与聚丙烯腈基碳纤维的质量比为3∶7时,经过石墨化的碳纸石墨化度为97.4%,与石墨化后纯聚丙烯腈基碳纸相比,电阻率由6.80 mΩ·cm降低至4.37 mΩ·cm,降低了35.7%;垂直表面的导热系数由0.084 W/(m·K)提高到0.159 W/(m·K),提高了88.8%。     

电化学氧化对粘胶基碳纤维表面性质的影响研究

用电化学氧化方法对粘胶基碳纤维进行表面处理。用ｘｐｓ分析测定了氧化处理前后碳纤维表面含氧官能团相对含量的变化，用ＢＥＴ分析了氧化处理对碳纤维的比表面积和孔径分布的影响，并分析了处理前后碳纤维润湿性能的变化情况。这些对于了解电化学氧化机理和碳纤维与树脂基质的粘结机理有重要意义。     

高分散水性碳纤维的制备

本研究以壳聚糖盐酸盐（CHI）和十二烷基磺酸钠（SDS）制备改性剂（CHI&SDS）,采用浸渍法对BHM3碳纤维进行表面改性,以提升BMH3碳纤维在水中的分散能力。系统研究了CHI/SDS质量比、CHI&SDS改性剂质量分数及纤维长度对改性BMH3碳纤维在水中分散性的影响,并通过X射线光电子能谱仪和动态接触角测试仪,对改性BMH3碳纤维化学结构和表面润湿性进行了表征。结果表明,BMH3碳纤维经过质量分数0.15%,CHI/SDS质量比=25∶1的CHI&SDS改性剂改性后,纤维长度5 mm的改性BMH3碳纤维在水中的分散率可达96.2%,相较于未改性碳纤维提升了87.5个百分点。改性BMH3碳纤维表面含氧官能团数量显著提升,水接触角明显降低,这是BMH3碳纤维分散性能改善的原因,也是成功实现高分散水性碳纤维制备的基础。     

浸渍树脂中添加纳米碳纤维对碳纸性能的影响

在质子交换膜燃料电池用碳纸制备工艺的浸渍工序用树脂中加入纳米碳纤维,研究它对碳纸强度、透气性及电性能的影响。结果表明,添加纳米碳纤维后,碳纸抗张强度和导电性能提高,而透气度减小;纳米碳纤维的用量以1.5%为最佳。     

碳纤维的改性及其纸基功能材料性能的研究

为了提高碳纤维和所成纸基功能材料的性能,利用一定浓度的硝酸对碳纤维进行了改性。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等分析手段对改性后碳纤维进行分析。结果表明：随着改性的进行,纤维亲水性明显提高,碳纤维在水中的分散性得到改善;碳纤维的石墨特征几乎没有变化,但观察到纤维表面受到明显的侵蚀。对纸基功能材料的物理检测结果表明：随着改性时间延长和温度的提高,碳纤维纸的匀度得到明显的改善,抗张指数呈先增加后降低的趋势,电阻率呈逐渐增大的趋势。综合考虑纤维改性效果和碳纤维纸性能的变化,确定最佳改性温度为60℃,改性时间为90min,此时碳纤维纸的抗张指数为14.2N·m/g,电阻率为0.153Ω.cm。     

碳纤维表面特性对燃料电池用碳纤维纸性能的影响

本文使用SEM、BET和XPS对TC-33碳纤维、TC-28碳纤维、T300碳纤维表面特性进行了分析,并就纤维表面特性对燃料电池用碳纤维纸性能的影响进行了研究.表面形态分析表明,T300纤维表面沟槽深,比表面积大于TC-33和TC-28碳纤维;XPS分析表明,T300和TC-33纤维含氧基团数量多于TC-28纤维;碳纤维纸性能测试结果表明,T300和TC-33碳纤维纸的透气性能和导电性能较接近,力学性能方面T300碳纤维纸明显高于TC-33和TC-28碳纤维纸.     

全球PAN基碳纤维产业的现状及发展趋势

本文介绍了国内外碳纤维的生产概况,以及碳纤维在基础研究、低成本化、规模化生产、回收再利用和生产原料开发等方面的最新进展,以为我国碳纤维行业在生产成本控制、节约资源、降低成本和CFRP回收利用等方面提供一些参考。     

提升碳纤维在水中分散性的研究进展

本文简述了燃料电池扩散层用碳纤维纸制备工艺存在的关键问题，综述了利用化学和物理方法优化碳纤维在水中分散性能的研究进展，重点介绍了在湿法制备工艺过程中，添加分散剂、碳纤维表面改性和使用物理分散技术，对碳纤维在水中分散性能的影响因素，以及各种分散方法的优缺点，为制备碳纤维纸的试剂选择和工艺改进提供一定的参考。     

碳纤维材料与碳纤维纸

介绍了碳纤维材料的性能、制造方法，对碳纤维纸的干法、湿法抄造工艺及设备进行了介绍。碳纤维纸可用于新型抗静电材料、空气净化、水净化及高屏蔽壁纸等领域。     

碳纤维纸基复合材料研究进展

碳纤维纸基复合材料是使用短切碳纤维与植物纤维或含有羟基等功能基团的纤维,通过湿法造纸工艺制备的具有特殊性能的功能复合材料,在导电、电磁屏蔽,导热,摩擦及电极等领域均已得到应用。随着应用推广的不断深入,引入碳纳米管/石墨烯的碳纤维纸基复合材料的研究和开发也逐渐成为研究热点。本文对近年国内外碳纤维纸基复合材料的研究进展进行了归纳总结,以期为碳纤维纸基复合材料的研究开发提供参考。     

碱预处理对碳纤维分散及碳纸原纸性能的研究

本研究以碳纤维为原料,研究碱预处理对碳纤维分散稳定性及湿法抄造制备碳纸原纸性能的影响。具体考察了碳纤维在碱预处理后表面形貌和表面基团的变化,探讨了碳纤维浆料悬浮液的稳定性变化规律,并表征了碳纸原纸的匀度、透气性、抗张强度和电阻率的变化情况。结果表明,与使用去离子水处理的碳纤维相比,经0.75 mol/L的碱液预处理60 min 后,碳纤维可以更好地在水中分散,制备出的碳纸原纸匀度性能更好,碳纸原纸的透气度从1432 mm/s降至1080 mm/s,抗张强度从1.44 kN/m提升至2.49 kN/m,电阻率从143.58 mΩ/cm降至68.10 mΩ/cm。     

活性炭纤维纸的抄造技术研究

活性炭纤维纸是一种新型的特种纸。本文对该种纸的抄造方法进行了分析和提出技术要点。     

纤维状碳素材料

简要介绍了碳纤维和活性碳纤维2种新型碳素材料的结构、制造工艺及应用方面的区别.