强磁场对聚丙烯腈预氧化纤维炭化性能的影响

利用不同条件的强磁场对经过280℃预氧化的聚丙烯腈(PAN)纤维进行处理并制成炭纤维,采用X射线衍射、单丝拉伸、BET、小角X射线散射分别对炭纤维的晶体结构、拉伸强度、表面缺陷、内部孔洞取向进行了表征。结果表明,强磁场处理使炭纤维的晶体结构趋于完整,表面缺陷减少,内部孔洞取向角变小,从而提高了炭纤维的拉伸强度。     

磁场条件下超级电容器用石墨烯电极的合成

在1 T磁场条件下合成了石墨烯基电容器电极,研究了磁场处理对电极结构和性能的影响。结果表明:磁场处理使石墨烯片层沿垂直于基底方向取向排列,电极材料的比表面积增大至154 m2/g,介孔平均尺寸为3.1 nm,比电容提高了约17%,电极的充放电效率得到有效提高,电化学阻抗出现明显下降。     

Analysis and characterization of orientation structure of pre-oxidized PAN fibers in high magnetic fields

PAN fibers pre-oxidized at 240 ℃, 260 ℃, 280 ℃, 300 ℃ were treated in 8 T, 12 T, 16 T high magnetic fields, respectively. The experimental result implied that there were two kinds of magnetic units cyan and carbon-nitrogen heterocycle in pre-oxidized PAN fibers, and the movement of magnetic units resulted in changes of orientation structure of pre-oxidized PAN fibers in high magnetic fields. Overall orientation increased with increase of magnetic field intensity and extension of processing time, whereas change of crystalline orientation depended on magnetic field intensity and content of carbon-nitrogen heterocycle due to the competition of two magnetic units. Furthermore, magnetic fields induced the conversion from amorphous region to crystal region and improved crystalline properties of pre-oxidized PAN fibers.     

稳态强磁场下预氧化PAN纤维取向性能的研究

预氧化PAN纤维(POF)的取向结构是决定最终炭纤维性能的重要因素,利用PPMS产生强度为8,12,16T的稳态强磁场,将处于240,260,280,300℃等不同预氧化阶段PAN纤维分别进行10,30,50min处理。研究发现,POF中存在氰基和碳氮杂环两种磁性单元,PAN纤维的取向由于磁性单元的运动而发生改变。POF的总体取向度随磁场强度的增大和处理时间的延长而增加,晶体取向度随磁场强度的增大呈现先增加后减小的趋势。同时,磁场作用还能促进纤维非晶态向晶态的转变,提高纤维的结晶尺寸和结晶度。     

电子束辐射接枝对PAN基碳纤维的表面改性

采用电子束加速器辐射接枝方法对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行表面改性,研究了接枝单体种类对接枝率及其环氧树脂基复合材料力学性能的影响,分析了辐射接枝前后PAN基碳纤维的表面形貌与化学结构以及其复合材料界面断口的形貌变化。结果表明:电子束辐射接枝改性的PAN基碳纤维表面粗糙度增加,表面活性官能团增多,与树脂的机械锲合作用增强,其树脂基复合材料断口表而较为平整;乙二胺/水溶液体系是辐射接枝改性的理想溶液,在200 kGy的电子束辐射下,PAN基碳纤维表面的接枝率为6.66%,复合材料的层间剪切强度提高了45.1%。     

沸石吸附乙醛的变色行为

采用红外光谱(FT-IR)、紫外分光光度计(UV-Vis)、热分析以及交叉极化结合魔角旋转技术13C核磁共振法(13CCP/MAS NMR)等手段对样品进行表征,并结合沸石的物化数据探讨了沸石吸附乙醛变色的机理。沸石吸附乙醛后在酸中心上可发生羟醛缩合反应生成3-羟基丁醛,也可发生自身聚合反应生成三聚乙醛。3-羟基丁醛脱水形成的α,β-不饱和醛2-丁烯醛及其齐聚产物在沸石中形成有机阳离子自由基,与不同拓扑结构的沸石形成的络合物导致不同的颜色产生。     

磁场处理对PAN原丝预氧化性能影响的研究

PAN原丝的预氧化性能是决定碳纤维性能的重要指标。对P300和P700两种不同原丝在强度分别为4、8、12和16 T的磁场中进行了处理,并对处理后的原丝进行了预氧化。采用XRD、FTIR、DSC和密度法分别对预氧化纤维的预氧化程度进行了表征,结果发现磁场会引起原丝分子链段的取向排列和结晶度的提高,从而降低原丝的预氧化性能,其影响程度随着磁场强度的增大而增强。结晶和取向度较低的原丝更易于受到磁场影响。     

Hummers法合成石墨烯的关键工艺及反应机理

采用经典的Hummers法合成石墨烯,对合成温度、反应时间、氧化剂的添加量、还原剂的加入量等实验条件进行改变,研究了影响合成的关键工艺。结果表明:控制高温反应的温度在90～100℃范围内是提高产率最为关键的因素。控制低温反应的温度接近0℃,中温反应的温度为30～45℃,保证反应时间分别大于30min和60min,并添加过量的氧化剂,可以使产率得到一定的提高。     

氨水浸泡对聚丙烯腈原丝结构和性能的影响

为了研究氨水浸泡处理对聚丙烯腈(PAN)原丝结构和性能的影响,利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、广角X-射线衍射(XRD)和纤维收缩率方法研究了经氨水浸泡后PAN纤维的大分子链环化、结晶结构变化和收缩现象。结果表明:氨水浸泡后的PAN纤维颜色由最初的白色变成了淡黄色,从IR谱图可知其发生了明显的环化反应;PAN纤维的微晶尺寸减小;纤维收缩率增大到6.99%。     

化学接枝对碳纤维结构及性能的影响

为了提高碳纤维/环氧树脂复合材料界面粘结性能,利用化学接枝法对碳纤维表面进行改性,通过加入引发剂和分步反应等方法,改善了传统化学接枝法反应温度高、时间长的缺点。利用XPS、Raman、SEM、电子万能材料试验机研究了改性前后碳纤维的结构及其复合材料性能的变化。结果表明,碳纤维经过氧化、接枝反应,表面活性官能团的含量和粗糙度增加,复合材料的层间剪切强度增加。在相同条件下,接枝乙二胺、乙二醇的碳纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度分别提高了52.5%和47.9%,相比而言,乙二胺是较为理想的接枝单体。