碳纤维微观结构研究进展

碳纤维的性能取决于其结构,尤其是微观结构。从碳纤维的表面结构、皮芯结构、微孔结构以及微晶结构等几个方面较系统地总结了目前国内外在碳纤维微观结构方面的研究进展,同时探讨了碳纤维的微观结构与性能之间的关系,以期为碳纤维的相关研究提供参考。     

X—ray衍射法研究粘胶纤维在热处理过程中晶区结构的变化

采用Ｘ－ｒａｙ衍射法通过分析不同处理阶段纤维结晶及取向衍射射线曲线的变化。研究了粘胶纤维在制取碳纤维过程中晶区结构的变化。     

碳纤维增强聚合物组织工程支架的制备及表征

以碳纤维（CF）作为增强材料,将CF有序排列于聚乳酸羟基乙酸（PLGA）多孔结构中,制备性能优良的CF/PLGA复合支架,并对其力学性能及细胞生物学性能进行表征.对增强体CF进行有序排列以提高支架的力学性能,扫描电子显微镜（SEM）观察CF/PLGA复合支架的微观形貌,可以看出CF在聚合物基体内部是呈有序结构并且二者结合情况良好.为了提高CF的生物相容性,利用对氨基苯甲酸对CF进行表面修饰,细胞生长在支架上的SEM照片反映了成纤维细胞对PLGA及CF/PLGA复合支架的黏附性能良好;通过细胞毒性测试,发现表面修饰的CF对细胞的生长没有负面作用,且在一定程度上促进了细胞的生长.研究结果表明,制备的CF/PLGA支架具有良好的力学性能和生物相容性,在骨组织工程支架的应用中具有一定的潜力.     

不同线密度粘胶原丝及其碳纤维的结构性能对比

用Weibull分析处理 10mm长的 4种不同线密度粘胶原丝和相应碳纤维的单丝断裂强度 ,得到原丝线密度、强度分布和碳纤维强度的对应关系。采用透射电镜 (TEM )和小角X散射 (SAXS)分析粗旦原丝 ,发现孔洞较多 ,并存在大于 70nm的大孔洞。截面和表面照片也揭示出细旦原丝截面相对规整 ,表面较光滑 ,粗旦原丝则反之。结果表明 ,原丝线密度小 ,截面形状圆整 ,缺陷少 ,所制得的碳纤维强度高。     

催化处理Lyocell纤维在热解过程中的结构与性能变化

分别采用扫描电镜(SEM)、广角X-ray衍射(WAXD)和小角X-ray散射(SAXS)研究分析了经含硫酸和尿素催化剂催化处理的Lyocell纤维在热解过程中结构、性能的变化。发现在低温热解前阶段(<200℃)随着处理温度的升高其密度增大,高于200℃后密度有所下降。纤维强度则表现出先下降后升高的变化规律,并在150℃~200℃温度区存在一个“零强度点”。在此过程中纤维聚合度也发生了类似强度的变化。同时,纤维结晶结构由纤维素II型向炭纤维的二维乱层石墨结构转化。     

钩针工艺之于活性碳纤维/环氧树脂电路屏吸波复合材料的设计

通过钩针工艺将活性碳纤维(ACF)和玻璃纤维(GF)混编,提高了频率选择性表面(FSS)的可设计性和复杂性,制备了ACF钩针结构单元电路屏碳纤维/环氧树脂(ACF/EP)复合材料。研究了不同编织结构和ACF质量分数对复合材料吸波性能的影响。结果表明:ACF质量分数为100%的4针枣形FSS的ACF/EP复合材料和质量分数为50%的16针枣形FSS复合材料的最大反射损耗(RL)可以达到-50dB以上,有效吸收带宽(RL-10dB)达10GHz以上。复杂的钩针设计使ACF/EP复合材料的多孔结构增多,有效吸收带宽变宽,4针枣形结构具有较多不规整孔径使吸波效果显著。适量的ACF质量分数结合编织结构有利于获得理想的CF/EP吸波复合材料。     

国产粘胶基碳纤维强度的两种统计分布

测定了粗细不同的两种粘胶原丝及其碳纤维的单丝强度,并用Ｇａｕｓｓ和Ｗｅｉｂｕｌｌ两种方法对比其分布进行了对比分析研究。     

碳纤维强度的WEIBULL分析理论

本文综述了碳纤维强度的WEIBULL理论,给出了WEIBULL参数的含义及其参数的计算方法。     

微拉曼光谱研究碳纤维/微滴和聚乙烯纤维/微滴的微观力学行为

使用微滴拉伸试验研究碳纤维、聚乙烯纤维/基体界面的微观力学性能,着重分析树脂微滴端部角大小分别对两种纤维/树脂微滴的界面微观力学行为的影响。发现在不同端部角下,两种纤维/树脂微滴界面的应力分布和应力传递不同。碳纤维/树脂微滴中的残余应力分布呈"W"型、外载拉伸应力分布呈"M"型,界面应力传递效率达到70%;而聚乙烯纤维/树脂微滴中的残余应力分布呈"M"型,外载拉伸应力分布呈"W"型,界面应力传递效率只有13%。根据力学模型得到的相应的剪应力分布都呈反对称分布,在纤维嵌入端存在剪应力集中,且碳纤维所受的剪应力远大于聚乙烯纤维。     

在氮气中处理聚丙烯腈纤维的不熔化工艺

聚丙烯腈纤维不熔化过程的前期(220℃)在氮气中热处理,后期(220℃)在空气中热处理,与常规全程空气中热处理进行对比,希望能够降低不熔化处理的成本。借助元素分析(EA)、热重分析仪(TGA)、环境扫描电子显微镜(ESEM)、力学性能分析等表征手段,研究了不同热处理方法对PAN不熔化纤维的氧化程度和皮芯结构影响以及碳化收率和碳纤维的力学性能。结果发现,与全程空气处理相比,经过氮气气氛处理后的不熔化纤维在后续处理过程中最终不熔化温度可以降低20℃,900℃碳化后的收率增加了3.8%,碳纤维的强度相当,初步估算节能8.7%。