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%。     

AF-PDA@h-BN二元纸基复合材料导热绝缘性能的研究

以芳纶沉析纤维(AF)为基体,盐酸多巴胺(DA)改性的六方氮化硼(h-BN)为导热填料,采用真空辅助抽滤的方式制备了AF-PDA@h-BN二元纸基复合材料。通过X射线能谱仪(EDS)、激光显微拉曼成像光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)分析了PDA@h-BN的结构。通过扫描电子显微镜(SEM)观察了PDA@h-BN在纸基复合材料内部的分布;通过体积电阻率测试仪和导热系数测试仪分别对纸基复合材料的绝缘性能和导热性能进行了分析表征。结果表明,h-BN被DA成功改性;当PDA@h-BN的用量为15%时,原纸的导热系数从0.12 W/(m·K)上升至0.33 W/(m·K),增加幅度为175%;同时,二元纸基复合材料的体积电阻率随着PDA@h-BN用量的增加而逐渐增加,由原纸的4.63×10~(13)Ω·m上升至5.60×10~(14)Ω·m,表明制备的二元纸基复合材料具有优异的导热绝缘性能。     

碳纤维长度对三层梯度孔碳纸性能的影响研究

为研究不同长度的碳纤维配抄制备的梯度孔碳纸性能,本研究选取3种长度(2、4和8 mm)的碳纤维原料,探讨不同分散剂类型和纤维长度配比对单层碳纸和三层梯度孔碳纸的匀度、电阻率、抗张强度、孔隙率和透气度的影响。结果表明,卡波姆(Carbomer)作为分散剂得到的碳纤维分散效果最佳,分散稳定性指数为4.04。匀度指数在10～13之间的单层碳纸性能较好,其电阻率为90 mΩ·cm,抗张强度为0.250 kN/m,孔隙率为92%,透气度为1 200 L/(m2·s)。与单层碳纸相比,三层梯度孔碳纸的抗张强度(0.410 kN/m)和透气度(1 230 L/(m²·s))有所增加,且碳纤维长度配比对三层梯度孔碳纸的孔隙形貌影响显著;长度4和8 mm的碳纤维配抄制备的三层梯度孔碳纸的性能优于其他2组(2和4 mm配抄及2和8 mm配抄),其电阻率低至19.53 mΩ·cm,孔隙率为92%。     

两亲改性碳纤维制备质子交换膜燃料电池用碳纸的研究

为了提高短切碳纤维在水中的分散性及碳纤维与后期浸渍树脂的相容性,对碳纤维进行了两亲表面处理:首先通过氧化处理使其获得亲水性官能团—OH及—COOH,在此基础上进一步接枝亲油基团,以获得两亲碳纤维,并将其制备碳纸。结果表明,两亲处理的碳纤维表面—OH含量可达8. 2%。在碳纤维表面改性过程中,铬酸氧化在提高碳纤维表面亲水性官能团的同时会降低碳纸的抗张强度;而接枝亲油性官能团能提高碳纤维与树脂的黏结能力,部分弥补了表面处理所造成的负面影响;碳纤维与树脂黏结力的提高有利于碳纸导电性的提高,两亲改性碳纤维制备的碳纸与未处理碳纤维制备碳纸相比电阻率降低了31. 4%,达到10. 5 mΩ·cm。     

PPTA@ZnO NWs的功能化修饰及导热绝缘纸基材料的制备与研究

为了提高芳纶纤维纸基材料的导热性,通过水热合成法在对位芳纶纤维(PPTA)表面生长氧化锌纳米线(ZnO NWs),进一步用硅烷偶联剂KH550对PPTA@ZnO NWs进行功能化修饰,采用湿法造纸技术制备PPTA@ZnO NWs-KH550纸基复合材料并研究其导热性能、绝缘性能及力学性能。结果表明,ZnO NWs成功地均匀包覆在PPTA表面。与PPTA纸基复合材料相比,PPTA@ZnO NWs纸基复合材料的导热系数可达0.455W/(m·K),提高115.64%,且介电强度满足绝缘要求。经硅烷偶联剂KH550功能化修饰后,PPTA@ZnO NWs-KH550纸基复合材料导热系数较修饰前基本保持不变,呈现优异的绝缘性和良好的力学性能,介电强度增加3.69%,拉伸强度提高58.75%。     

添加气相生长碳纤维对改善碳纸性能的研究

本研究创新性地提出将气相生长碳纤维（VGCF）添加到燃料电池用碳纸中,探究了不同分散方法对VGCF在碳纸原纸中分散效果的影响,以及添加VGCF对碳纸强度、透气性、导电性能、石墨化度的影响。结果表明,使用无水乙醇和分散剂有效分散的VGCF添加到碳纸中,可以一定程度地提高碳纸的强度和有效提高碳纸的导电性能,但会降低碳纸的透气性。当VGCF的添加量为4%时,与未添加VGCF碳纸的物理性能相比,其抗张强度增加了11.58%,水平向电阻率和透气量分别降低了30.31%和11.27%,石墨化度提高了20.39%。     

燃料电池用PAN/Lyocell复合碳纤维纸的制备与性能研究

本研究以Lyocell纤维为增强纤维、PAN短切碳纤维为主体纤维,制备燃料电池气体扩散层用复合碳纤维纸（简称碳纤维纸）,探究了磨浆强度对Lyocell纤维浆料和纤维特性的影响,分析了Lyocell纤维的添加对碳纤维的分散性与碳纤维纸的强度性能、透气性能、导电性能的影响。结果表明,Lyocell纤维的添加有效提升了碳纤维的分散性能,提高了碳纤维纸前驱体（CPP）的匀度指数和强度性能,改善了碳纤维纸的强度性能、透气度和导电性能,当碳纤维与Lyocell纤维质量比为7∶3时,碳纤维纸的性能最佳,拉伸强度为14.3 MPa,抗弯强度为5.9 MPa,透气度为248 mm/s,平面电阻率为5.48 mΩ·cm。     

气孔率对湿式纸基摩擦材料性能的影响

制备了由芳纶浆粕增强的气孔率不同的3种湿式纸基摩擦材料,采用改进油浸法测定湿式纸基摩擦材料的气孔率,探究了气孔率对湿式纸基摩擦材料的压缩回弹性、导热性、黏弹性以及摩擦磨损性能的影响。结果表明,随着气孔率的增大,湿式纸基摩擦材料的压缩率升高,回弹率降低,导热系数增大,达到0. 998 W/(m·K),损耗因子tanδ也升高;随着气孔率的增大,湿式纸基摩擦材料摩擦因数增大,但摩擦因数的稳定性降低;虽然磨损率会随气孔率的增大而升高,但芳纶浆粕的加入,使磨损率远低于国家标准。湿式纸基摩擦材料气孔率为41. 92%时,压缩率为17. 50%,回弹率为55. 47%,导热系数为0. 565 W/(m·K),动、静摩擦因数分别为0. 125、0. 135,磨损率为1. 23×10~(-8)cm~3/J,摩擦过程也较为平稳。综合分析,湿式纸基摩擦材料的气孔率控制在40%左右时各性能最均衡。     

氟化中间相沥青改性碳纸的研究

以氟化中间相沥青为疏水试剂,分别采取浸渍法和气相沉积法对碳纸进行疏水改性,考察了氟化中间相沥青负载工艺及负载量对碳纸微观形貌、厚度、表观密度、导电性和疏水性能的影响。结果表明,采取浸渍法改性比气相沉积法改性获得的碳纸疏水性能更优,相应的性质参数也有所变化。随着氟化中间相沥青负载量的增加,碳纸的厚度增加,表观密度减小,电阻率增加,接触角增加。当氟化中间相沥青负载量为10 wt%时,浸渍法改性获得的碳纸电阻率为5.6 mΩ·cm,接触角为139°,满足燃料电池中气体扩散层的使用要求。     

石墨烯/TOCNs导热复合材料的性能研究

以TEMPO氧化纳米纤维素(TEMPO-Oxidized Cellulose Nanofiber,TOCNs)为基材,石墨烯作为导热材料,通过真空辅助过滤制备了石墨烯/TOCNs导热复合材料,利用导热系数仪、热重分析仪(TG)、伺服材料多功能高低温控制试验机、多功能数字式四探针测试仪对石墨烯/TOCNs的导热性能、热稳定性、力学性能及电学性能进行了表征。结果表明,当石墨烯添加量40%时,石墨烯/TOCNs的导热系数为1. 391 W/(m·K),比TOCNs的导热系数1. 006 W/(m·K)提高38. 27%;同时,石墨烯/TOCNs的热分解T_(g10%)为237. 2℃,比TOCNs的T_(g10%)的214. 8℃提高10. 4%;石墨烯/TOCNs的拉伸强度为37. 64 MPa,表面电阻降为87. 75Ω/。     

Measurement of the Thermal Conductivity of Foods at High Pressure

The line heat source probe method, widely used for determining thermal conductivity of food materials, was applied in a pilot scale high-pressure unit and the possibility of extending this technique to pressures up to 400 MPa was investigated. Commercially canned tomato paste and apple pulp were used as test products. Probes were calibrated to 1.5% agar gel. A probe specific pressure- and temperature-dependant calibration factor was applied. The accuracy at high-pressure was similar to published values. Given the simplicity of the method, this approach seems very promising for determining thermal conductivity of foods over a range of pressures and temperatures.     

碳纤维在高应变率下的断裂机理

利用反射式间接拉伸Hopkinson杆实验装置对碳纤维进行高应变率拉伸。通过扫描电子显微镜对碳纤维断裂端的断口形状观测表明，碳纤维破坏形态是与应变率相关的，随着应变率的增加，断裂破坏各不相同。但其断口形态逐渐光滑。     

Solid Food Thermal Conductivity Determination at High Temperatures

Thermal conductivity of carrots and potatoes was measured using a line heat source probe adapted for measurements to 130°C. Fastest response and rapid attainment of linearity in temperature rise vs In time plots, were obtained with a silicone oil-filled probe with an uninsulated thermocouple junction. Custom designed electronics to amplify thermocouple output, and computer control of measurements, data acquisition and analysis resulted in 0.4% data repeatability (two standard deviations) for calibration standards. Thermal conductivity of carrot and potato vs temperature agreed well with the published volume fraction model for multi-component foods.     

差别化长丝透气导湿机理与面料开发

利用差别化技术赋予疏水性化纤长丝透气导湿性,以便改善人类穿着的舒适性。文章简述差别化长丝的透气导湿机理、研制方法和面料的开发。     

高性能纤维纸的制备与应用

近年来,技术含量高、用途广、附加值高的高性能纤维纸成为研究热点。目前常见的用于制备高性能纤维纸的原料有芳纶、碳纤维、聚酰亚胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)、聚苯并咪唑纤维(PBI)、碳化硅纤维、聚四氟乙烯纤维、玄武岩纤维等。加工方法主要分为湿法与干法两种。本文主要介绍了国内外在高性能纤维纸的研究、制备及应用等方面的一些进展,并对今后这一领域的研究重点进行了分析。     

玻璃纤维保温纸导热系数的理论计算与实验研究

建立玻璃纤维均匀排列的导热模型对玻璃纤维保温纸的等效导热系数进行预测.根据分形维数代表保温材料内部纤维排列的杂乱程度,通过实际材料与理论模型分形维数的比值来对保温材料进行纤维排列不均匀度的修正.依据等效热阻法,确立基于修正系数基础上的导热系数计算通用公式.通过对在不同玻璃纤维直径和不同孔隙率条件下计算结果的分析,讨论玻璃纤维直径和材料孔隙率对保温纸导热系数的影响,在此基础上确立基于材料孔隙率的导热系数近似简易预测公式.文中导热模型推导出的通用公式与预测公式的计算结果与实验结果吻合较好,所以可以用该计算模型来预测材料的导热系数.     

加热非燃烧烟草薄片热导性能的提升研究

通过辊压法在烟草薄片中分别添加导热材料石墨烯和碳纤维,以改善烟草薄片的传热性能。研究提升了专用烟草薄片的热传导性能及烟草成分的热释放,从而有效提升加热非燃烧烟草薄片的利用率。利用热重（TG）、拉曼光谱（Raman spectra）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）和热扩散系数测量等方法对烟草薄片进行表征,同时结合感官质量评价。结果表明,导热材料有效分布在烟草薄片中,且不影响烟草薄片的感官品质。此外,与碳纤维烟草薄片相比,石墨烯烟草薄片的热稳定性和导热性能更佳,且与植物纤维有更好的相容性。与未添加石墨烯的空白样品相比,石墨烯用量为5%时,烟草薄片的残余质量最低,为47.74%;烟草薄片的热扩散系数提升了58.77%;基于石墨烯的加热非燃烧卷烟的传热速率提升了22.32%。     

涤纶基表面溅射纳米铜膜导电性能

采用正交试验方法优化涤纶基表面溅射纳米铜膜的工艺参数,其结果为:镀膜时间30 min,溅射功率120 W,气体压强0.2 Pa,基材表面等离子体预处理时间为3 min。测定了不同环境温湿度和不同水洗次数下薄膜的方块电阻,以及样品在室温下放置90 d后的形貌变化和电阻变化,以评价薄膜材料导电时效性。     

不同化学处理对碳纤维分散及成纸性能的影响

通过联合Zeta电位、吸光度和数码图像分析,考察了碱性预处理和不同试剂表面处理对碳纤维分散性的影响,并以碳纤维配加纸浆制取纸样,检测纸张的物理强度和体积电阻率。实验结果表明:碱性预处理可改善碳纤维分散性,吐温-80和CPAM试剂都可显著提高碳纤维分散性及成纸抗张指数和电导率,但作用机理截然不同。吐温-80通过降低固液表面张力,提高水对纤维的润湿能力,改善碳纤维分散性;CPAM则是通过形成三维空间大网络絮体,阻止碳纤维的运动聚集,来改善其在纸浆中的分散。