电化学表面处理对碳纤维结构及性能的影响

采用新型电化学表面处理设备,以10%（质量分数）NH4HCO3溶液为电解质,对12KPAN基碳纤维进行连续化的表面处理,探索了在提高碳纤维/树脂复合材料层间剪切强度的同时降低碳纤维本征拉伸强度损失的结构变化特征及规律。利用SEM、XRD、XPS、Raman等方法研究了改性前后碳纤维表面的物理和化学状态、晶体尺寸和表面有...     

250℃下时间效应对PAN纤维热氧稳定化反应的影响及关联

借用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、元素分析(EA)、X射线衍射(XRD)和示差扫描量热分析(DSC)等手段,对比研究了热氧稳定化过程中250℃下时间效应与两种聚丙烯腈(PAN)共聚纤维及其炭纤维结构和性能之间的关联。研究结果表明,PAN纤维在250℃温区内停留超过9min时,最终热氧稳定化纤维的环化度(RCI)、体密度和芳构化指数(AI)的增加速率开始变小;炭纤维的孔含量(Vp)值与内部微晶的d002值开始增大,微晶排列的规整程度变差,缺陷增多,拉伸强度开始降低。     

改性PAN共聚纤维在预氧化过程中的热应力应变

用傅立叶红外光谱仪、广角X射线衍射仪、元素分析仪等表征了改性纤维和未改性纤维的结构变化和基本物化性质,测量了改性纤维和未改性纤维在预氧化过程中的热应力应变行为,研究了KMnO4改性对纤维结构均一性的影响.结果表明:改性纤维的热应力与热应变的变化与纤维聚集态结构、化学组成、热化学反应变化具有良好的关联性;热应力表征可用于控制纤维结构.改性提高了PAN纤维的均一性.与未改性纤维相比,KMnO4改性纤维化学反应主导的热应力提前出现约20℃,预氧化纤维的热应力增加约25%;在负荷相同的条件下,易收缩,难伸长;在牵伸比相同的情况下,取向度高7.8%,微晶尺寸小9.9%.通过改性可制备出结构更规整,更利于碳化的预氧化纤维.     

炭纤维作为EM生物膜载体优化除污效果的应用研究(英文)

以EM菌作为微生物来源,在相同条件下分别采用涤纶、维纶、未处理的炭纤维以及经电化学表面处理的炭纤维作为载体培养生物膜,通过废水中COD、TN、TP各指标的测定比较在不同时期各EM生物膜的除污效果。结果表明,炭纤维作为EM生物膜载体能明显优化除污效果,其中电化学处理后的炭纤维作为载体的EM生物膜系统稳定期对COD、TN、TP的平均去除率能够分别达到97.1%、92.5%、96.0%,相对有机高分子类载体系统提升5%～67%,且对外界环境的变化有很强的适应性。     

电化学改性对PAN基碳纤维表面状态的影响

采用电化学氧化法对聚丙烯腈(PAN) 基碳纤维进行表面改性, 利用扫描电子显微镜(SEM) 、原子力显微镜(AFM) 、X 射线光电子能谱(XPS) 和X 射线衍射(XRD) 对改性后的碳纤维表面状态进行了研究。同时探讨了碳纤维表面状态与其抗拉强度及其复合材料力学性能的关联。研究结果表明, 碳纤维经电化学氧化后, 表面的粗糙度提高了1.1 倍; 表面碳含量降低了9.7 %, 氧含量提高了53.8 %, 氮含量增加了7.5 倍, 羟基和羰基含量也有不同程度的提高; 表面取向指数减小了1.5 %, 表面微晶尺寸减小, 表面活性碳原子数增加了78 %。电化学氧化法的刻蚀作用致使碳纤维拉伸强度降低了8.1 %, 但同时也改善了碳纤维表面的物理性质和化学性质, 提高了碳纤维与树脂间的粘结性, 使复合材料的ILSS 提高26 %。     

碳纤维在不同电解质体系下的电化学表面改性

使用电化学氧化法对PAN基碳纤维进行表面改性,通过扫描电子显微镜（SEM）、Raman光谱和X射线光电子能谱仪（XPS）表征了碳纤维表面物理化学结构,同时结合力学性能分析,评价了碳酸氢铵、硫酸铵和复合铵盐溶液3种电解质体系的改性效果。实验结果表明,碳酸氢铵溶液下的电化学改性有利于界面粘结强度的提高,而硫酸铵溶液下的电化学改性有利于降低抗拉伸强度的损失,当采用复合溶液改性时,则可以同时提高碳纤维的抗拉伸强度和其复合材料的抗层间剪切强度。     

热氧稳定化过程温度效应对PAN纤维径向氧元素扩散速率的作用

在梯度升温和恒温两种模式下,对聚丙烯腈（PAN）纤维进行了热氧稳定化处理,借助FTIR、核磁共振碳谱（13 C-NMR）、元素分析（EA）、DSC、X-射线能谱（EDS）、密度等多种表征手段系统研究了不同温度下热氧稳定化纤维皮-芯结构的形成机制和氧元素的扩散速率。研究结果表明：氧化反应速率小于氧的扩散速率时,PAN纤维...     

PAN基碳纤维阳极电解氧化表面处理的研究

借助XPS、力学分析、SEM扫描电镜、傅立叶红外光谱 ,较系统地考察了碳纤维表面组成与结构的变化及阳极氧化表面处理对碳纤维复合材料层间剪切强度的作用与影响。结果表明 :采用碳酸氢铵为电解质对碳纤维进行阳极电解氧化表面处理后 ,其复合材料的层间剪切断裂转变为以张力断裂形式为主 ;通过适当地增加碳纤维表面的羟基含量 ,提高活性碳原子数与非活性碳原子数比 ,可有效地改善碳纤维复合材料的使用性能 ,使碳纤维层间剪切强度提高 49% ,层间剪切强度达 85 .5MPa。     

碳纤维表面电化学氧化的研究

主要采用电化学氧化法对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行连续氧化处理，利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和动态力学热分析(DMTA)对碳纤维表面处理效果进行了研究。SEM表面形貌研究结果表明，碳纤维经电化学氧化处理后，其表面的粗糙度和比表面积增大。XPS表面化学分析表明，经电化学氧化处理后的碳纤维表面羟基含量提高55％，活性碳原子数增加18％。DMTA谱图表明经电化学氧化处理的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)其玻璃化温度(Tg)提高5℃、损耗角正切(tanδ)较未处理的降低30％。定量计算出的界面黏结参数A和α与CHRP的层间剪切强度(ILSS)所反映的碳纤维与树脂间界面黏结效果是一致的。研究结果表明，采用适当的处理条件可使CFRP的ILSS提高20％以上。     

炭纤维阳极氧化法表面改性

采用阳极氧化法对聚丙烯腈（PAN）基炭纤维进行表面改性，利用原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和动态力学热分析（DMTA）对炭纤维表面改性效果进行了研究。研究结果表明，炭纤维经适当的阳极氧化表面改性后，表面的粗糙度和比表面积增大，表面羟基含量提高31％，羰基含量提高61％。表面改性炭纤维增强树脂基复合材料（CFRP）较未改性炭纤维CFRP，玻璃化温度（Tg）升高，损耗角正切峰值（tanδmax）降低，定量计算出的界面黏结参数A和a与CFRP的层间剪切强度（ILSS）所反映的炭纤维与树脂间界面黏结效果一致。采用适当的改性条件可使CFRP的ILSS提高25％，纤维抗拉强度仅损失5％。