熔融纺丝温度对大直径中间相沥青碳纤维结构性能的影响

本工作采用实验室用氮压式单孔纺丝机，对中间相沥青在不同温度下进行纺丝、经预氧化、碳化后测试其力学性能和结构，分析了熔纺温度对大直径中间相沥青纤维和碳纤维的结构和性能的影响。     

水洗方法对PAN原丝及其碳纤维结构与性能的影响

在聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产中,分别采用浸涌式水洗、拍打式水洗、超声式水洗3种方法对PAN原丝进行水洗,讨论了PAN原丝的线密度对水洗效果的影响,以及3种水洗方法对PAN原丝及其碳纤维的结构与性能的影响。结果表明:在水洗流量1 m3/h、水洗温度60℃、水洗时间1.2 min的条件下,随着PAN原丝线密度的增加,原丝中二甲基亚砜(DMSO)残留量增加,浸涌式水洗受原丝线密度的影响较大,超声式水洗受原丝线密度的影响较小;在PAN原丝线密度为4.0 dtex时,PAN原丝经浸涌式、拍打式、超声式水洗后,DMSO残留量分别为1 000,200,90μg/g,相应碳纤维强度分别为5 139,5 120,4 930 MPa;浸涌式水洗对PAN纤维的损伤较小,超声式水洗对PAN纤维的损伤较大。     

碳纤维直径测定方法的研究

利用光学显微镜法和计算法对不同规格的碳纤维进行纤维直径的测量,通过理论分析和实验测试,研究了试验次数、纤维是否含浸润剂和不同测量方法对碳纤维直径测量结果的影响,并评定其不确定度.结果 表明:测量次数一般在n=10左右较为适宜,浸润剂对碳纤维直径的测量结果基本没影响,光学显微镜法和计算法碳纤维直径的测量结果在统计学意义上无差异.气体比重瓶法和密度梯度柱法测量纤维密度时结果基本一致,气体比重瓶法更简便实用.     

直径测定方法对碳纤维Weibull模数和断裂韧性参数的影响

碳纤维具有体积效应,直径对碳纤维力学性能的影响是不容忽视的,但是科研工作者基本将注意力集中于碳纤维直径本身的不均匀性,忽略了不同标准、不同测试方法对碳纤维直径数值的影响,从而导致碳纤维力学性能数据的不确定性。采用两种常用的碳纤维直径表征方法和一种图像处理的方法对碳纤维直径进行表征,分析了不同方法对碳纤维拉伸强度以及碳纤维应用中的重要参数Weibull模数和断裂韧性的影响,并采用数据统计方法给出不同直径方法对力学性能数据偏差的调整和校准。结果表明,三种测试方法计算得到的Weibul模数和断裂韧性是不同的,图像处理方法能够正确表征碳纤维的直径和力学性能。采用数据统计方法得到的碳纤维直径修正参数,可以有效修正测试误差,提高碳纤维力学性能的准确性。     

纳米炭黑填充Lyocell基碳纤维的结构与性能

采用纳米炭黑填充Lyocell纤维制备碳纤维,并对纤维的结构与性能进行了分析。结果表明:经过不同温度预氧化处理后和最终得到的碳纤维的X射线衍射图谱中都保留着纳米炭黑的特征衍射峰;填充纳米炭黑的Lyocell基碳纤维的力学性能显著提高,填充质量分数10%纳米炭黑的Lyocell基碳纤维强度和模量分别比未填充的提高45%和56%;纳米炭黑填充的Lyocell基碳纤维结构致密、表面光洁,没有明显的裂纹和缺陷。     

高低温老化对碳纤维复合材料芯棒结构性能的影响

采用拉挤工艺制备了碳纤维增强环氧树脂基复合材料芯棒,并对其进行高低温人工加速老化试验,以及对老化前后碳纤维复合材料芯棒的横截面、外观颜色和密度进行了测试和分析。结果表明,高低温老化使芯棒颜色加深,主要对芯棒的外层产生一定的影响,内部结构没有明显变化;老化后芯棒的密度比老化前减小约2.5%,并且不同老化周期对芯棒的密度基本不变。     

MWNTs改性Lyocell基碳纤维的结构及性能研究

以纤维素浆粕为原料,添加多壁碳纳米管(MWNTs)制备纤维素质量分数为10%的纺丝原液,经干喷湿法纺丝制得MWNTs改性Lyocell纤维原丝,再经多段预氧化、高温碳化处理制备了MWNTs改性Lyocell基碳纤维,研究了所得碳纤维的结构和性能。结果表明:MWNTs改性Lyocell基碳纤维的表面比较光洁,没有明显的孔洞缺陷,MWNTs在碳纤维中的分散情况与其添加量有密切的关系;与纯Lyocell基碳纤维相比,MWNTs改性Lyocell基碳纤维的力学性能明显提高,含质量分数1%MWNTs的改性碳纤维的强度和模量分别提高了70%和116%;添加MWNTs质量分数1%的Lyocell纤维更适合作为碳纤维原丝,所得碳纤维形态结构完善、力学性能好。     

氨化对PAN原丝结构性能的影响

在聚丙烯腈(PAN)原丝湿法纺丝生产过程中,以二甲基亚砜/水(DMSO/H_2O)为凝固体系,在DMSO质量分数为72%,温度为52℃的凝固浴中通过流量计定量加入氨,以凝固浴溶液的pH值衡量氨化量的大小,研究了不同pH值对PAN原丝结构、性能及可纺性的影响。结果表明:在凝固浴溶液的pH值为8.6~10.0时,PAN原丝径向形态由腰形变成腰圆形,最后变成圆形;随着凝固浴溶液pH值的升高,PAN原丝的结晶度先升高后下降,膨润度则先降低后升高,直径不均率下降,强力不均率先下降后升高;凝固浴溶液pH值为9.5时,PAN原丝的结晶度最高,膨润度最小,直径不均率和强力不均率最低,可纺性最好,最终PAN基碳纤维的强度最高为3.83 GPa。     

PAN/PMMA共混制备纳米碳纤维的结构与性能

以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,以聚丙烯腈(PAN)为碳前驱体,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为热裂解聚合物,制备PAN/PMMA溶液共混体系,经湿法纺丝及碳化工艺制备了纳米碳纤维(CNFs);讨论了影响CNFs形态、尺寸的主要因素,通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱和电导率测试等对CNFs进行了表征。结果表明:相对分子质量为8.0×10~4的PAN与PMMA以质量比30/70进行共混纺丝和碳化,可以得到CNFs;增加原丝的拉伸倍数有利于减小CNFs的直径,当拉伸倍数提高到6时,CNFs直径为50～150nm;碳化温度为800℃时,CNFs出现石墨相结构;提高碳化温度有利于CNFs石墨化结构的形成与电导率的提高。     

高温热处理温度对PAN基碳纤维结构和力学性能的影响

考察了热处理温度对ＰＡＮ基碳纤维结构和力学性能的影响，为进一步提高碳纤维的力学性能提供了理论依据。     

THE EFFECT OF PRECURSOR PROPERTIES ON THE STRENGTH OF CARBON FIBER

In this article, lyocell fiber is used as a precursor for carbon fiber. The mechanical properties of lyocell fiber and tenacity of carbon fiber from this precursor have been determined. Gray-relation analysis is used to investigate the relation between precursor's properties and the strength of the carbon fibers. The results suggested that the strength, force at breaking, and fineness of precursor have greater influence on the strength of carbon fibers than precursor's elongation, and modulus.     

活性炭纤维吸附性能和表面结构的研究

以聚丙烯腈预氧毡为原料,使用水为活化剂制得活性炭纤维。20℃时,考察了活性炭纤维对碘、苯酚和亚甲基蓝的吸附性能。并与颗粒活性炭的吸附性能作了比较,结果表明：活性炭纤维的吸附能力比颗粒活性炭的吸附能力强,吸附速率快2～5倍,表面分析表明：活性炭纤维表面含有许多种官能团。并有较好的热稳定性。     

纺丝温度对中间相沥青炭纤维结构性能的影响

以萘催化合成中间相沥青(MP-1)和热缩聚法制备中间相沥青(MP-2)两种中间相沥青为原料,对其进行簇组成分析、偏光显微镜观察及红外光谱分析,研究其组成及结构.采用实验室气压式单孔纺丝装置在不同温度下对两种中间相沥青进行熔融纺丝,探讨纺丝温度对炭纤维结构及性能的影响.研究表明:MP-1低温获得无规结构,高温出现中心放射状边缘洋葱皮混合结构;MP-2随纺丝温度升高依次出现无规结构、准洋葱皮结构和洋葱皮结构.中间相沥青原料的性质影响着纤维截面结构随纺丝温度变化的规律.     

T300与国产PAN基炭纤维的结构和性能研究

采用WARD、SAXS、RAMAN、XPS等测试技术对T300和国产聚丙烯腈基炭纤维(PAN-CF)的组织结构及化学组成进行了表征,分析了材料的微观组织结构与宏观性能的关系.结果表明,和T300相比,国产炭纤维的乱层石墨层间距d002略小,微晶尺寸La,Lc略大,微孔尺寸较大,大孔洞所占百分比较多,微孔含量较低.国产炭纤维表面含氧官能团含量较低,为31.35%.表面活性小.     

纤维含量对C／C复合材料力学性能的影响

研究了炭纤维含量对C/C复合材料力学性能的影响,用扫描电镜（SEM）对材料的断口进行分析,结果表明：当炭纤维的体积分数小于8.3%时,随着炭纤维体积分数的增加,复合材料的抗折强度逐渐升高;之后,随着炭纤维的体积分数的增加,复合材料的抗折强度逐渐下降,短纤维增强C/C复合材料的断口特征为大量纤维拔出,其断裂过程为界面破坏所控制。     

碳纤维含量对改性酚醛摩阻材料性能的影响

利用D—MS摩擦试验机研究了碳纤维含量对改性酚醛摩阻材料摩擦磨损性能的影响。碳纤维含量对摩阻材料的摩擦磨损性能影响显著，摩阻材料的摩擦系数和磨损率随碳纤维含量的增加而减小，提出改性酚醛摩阻材料中碳纤维含量不宜超过5％。扫描电镜分析表明，材料的摩擦磨损机理与碳纤维含量密切相关。     

碳纤维增强铸型尼龙力学性能研究

考察了碳纤维的表面处理及加入量对碳纤维增强铸型（CFRMC）尼龙力学性能的影响。并且X射线光电子能谱（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）对纤维表面和CFRMC尼龙表面进行了研究。     

等离子体改性对活性炭纤维表面化学结构的影响

采用放电等离子体对活性炭纤维表面进行改性,通过改变活性炭纤维的化学官能团来强化活性炭纤维对SO2和NOx的吸附和催化作用。利用XPS、FTIR等方法对改性活性炭纤维的化学性质进行表征,研究了活性炭纤维表面官能团在等离子体改性过程中的转化规律和机理。试验结果表明放电改性过程可以有效的向活性炭纤维表面引入有利于脱硫脱氮的含氧、含氮官能团;当电压为8kV,放电时间为5分钟时,放电改性活性炭纤维的效果最佳。     

丙烯酸甲酯对聚丙烯腈原丝及预氧丝结构和性能的影响

通过控制单体配比,采用丙烯酸甲酯（MA）与丙烯腈（AN）,衣康酸（IA）自由基溶液共降,以偶氮二异丁腈为引发剂在溶剂二甲基亚砚中合成了聚丙烯腈原丝纺丝溶液,并纺制了碳纤维前驱体聚丙烯腈原丝,通过IR,DSC,密度等分析手段,讨论了第二单体MA对共聚反应及聚丙烯腈原丝结构和性能及预氧化纤维的影响。实验证明：随着丙烯酸甲酯含量的增加,最后所得到的纺丝液的粘均分子量,固含量,特性粘度以及转化率都在提高,但当MA达到一定值后又降低了,MA并不是激活而是阻碍环化,与IA促进环化是矛盾的,在IA和MA之间一定有一个最好的匹配比,经过实践证明,MA质量分数为3%-4时最有利于环化和促进预氧化稳定。