预氧化时间对聚丙烯腈基碳纤维预氧丝结构与性能的影响

预氧化是制备碳纤维非常重要的一个环节,制得预氧化丝的性能直接决定最终碳纤维的性能,因此研究预氧化过程对预氧化丝结构性能的影响规律具有重要意义。通过广角X射线衍射点光源取向测试和小角X射线散射实验,计算得到了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝与不同处理时间下预氧丝取向度、线结晶度、长周期L、晶区厚度L_c、无定形区厚度L_a等微观结构参数。采用元素分析仪和单纤维强力仪研究了该系列PAN基碳纤维原丝、预氧丝的元素组成和力学性能随预氧化时间的变化,明确了PAN基碳纤维预氧丝内部微观结构参数、元素含量与其力学性能的关系。     

预氧丝皮芯结构对碳纤维性能的影响

在使用PAN.F(聚丙烯腈原丝)为前躯体制备PAN.CF(聚丙烯腈基碳纤维)的过程中,经过预氧化反应生成的PAN.OF(聚丙烯腈基氧化纤维,俗称预氧丝)是其非常重要的中间过程,PAN.OF的皮芯结构直接影响着PAN.CF的力学性能。借助超薄切片机、电子显微镜、扫描电镜和材料试验机等表征测试手段,系统研究了PAN.OF的皮芯结构对PAN.CF力学性能的影响。研究认为:通过原丝的细旦化和预氧化过程条件的优化可以有效控制或消除PAN.OF的皮芯结构,得到抗拉强度5600MPa以上,弹性模量290GPa以上的碳纤维。     

聚丙烯腈预氧丝皮芯结构的影响因素与防控措施

在恒温和梯度升温两种模式下,对不同纤度、横截面形状的3种聚丙烯腈原丝进行了预氧化处理,采用扫描电镜、光学显微镜、元素分析等技术研究了预氧丝的皮芯结构及氧元素的扩散。结果表明,对于恒温模式,在250℃加热1h的预氧丝已经产生了明显的皮芯结构,而对于梯度升温模式,直到275℃才开始出现皮芯结构;原丝的横截面形状不影响氧的扩散,在相同加热条件下,肾形截面预氧丝的皮层厚度与圆形截面的相同;原丝纤度越小,越容易获得均质的预氧丝。原丝的细旦化以及适当的梯度升温预氧化工艺是获得优质预氧丝的重要保证。     

化学改性对PAN原丝及预氧纤维结构性能的影响

在各种温度和时间条件下，将本实验室纺的KPAN原丝进行连续化学改性处理，借助IR光谱、DSC、TG、X射线衍射等分析方法，选出了最佳的改性温度和改性时间，并对化学改性的原丝、预氧丝的性能进行了初步探讨。得出结论：化学改性能缩短预氧环化时间，缓解纤维的放热和吸热，优质原丝应具有高纯度、高强度、高取向度性质。本课题希望通过对原丝进行化学改性的方法，获取具有在商业上有广泛应用前景的预氧化纤维和炭纤维。     

PAN基碳纤维微观结构与其性能相关性研究

借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和小角x射线衍射(SAXS)等微观结构表征手段,对国内不同厂家生产的3种聚丙烯腈(PAN)基碳纤维内部存在的大孔和微孔等微观结构进行了系统测试、分析。研究结果发现,3种PAN基碳纤维内部都存在着大孔和微孔结构,且这些孔隙结构对碳纤维的机械性能有很大影响,若碳纤维的大尺寸孔洞少,而微孔分布均匀、沿纤维轴取向度高,则碳纤维的综合性能较高。     

碳化过程中PAN基碳纤维结构与力学性能变化的研究

本工作采用连续式实验装置与方法,借助热重分析、密度分析、气相色谱、X射线衍射、俄歇能谱、金相显微镜与力学性能测试等技术,系统地研究了PAN热氧稳定化纤维在连续碳化过程中纤维结构与力学性能的变化关系,并对提高碳纤维力学性能的途径进行了探讨。研究结果表明:在碳纤维的形成过程中,纤维结构的变化与力学性能的变化密切相关;纤维结构中存在的序态结构的规整性与截面结构的均匀性将对碳纤维力学性能产生重要影响。     

聚丙烯腈基预氧丝毡复合材料的力学性能研究

为了制备拉伸和弯曲性能良好的聚丙烯腈基预氧丝毡/环氧树脂复合材料,研究了聚丙烯腈基预氧丝毡含量和固化温度对复合材料拉伸和弯曲性能的影响,优化出力学性能最佳的聚丙烯腈基预氧丝毡/环氧树脂复合材料制备方法,并拍摄了复合材料拉伸断口的SEM图像.研究表明:当聚丙烯腈基预氧丝毡含量为15%时,其纵向和横向的拉伸断裂载荷达到最大值,分别为1 643.73和1 235.72 MPa;同时纵向和横向弯曲强度也达到最大值,分别为64.39和53.06 MPa;复合材料的SEM图像显示,纵向拉伸断口处有少量裸露纤维,其分布方向与针刺毡铺网方向一致.     

PAN基静电纺纳米纤维毡的预氧化、碳化研究

对PAN基静电纺纳米纤维毡进行了预氧化和碳化研究.通过热重分析仪、电子万能试验机、场发射电镜、傅立叶变换红外-拉曼光谱仪、X衍射仪等分析手段对纳米纤维毡、预氧化纤维毡和碳纤维毡进行了表征,研究了热处理过程中聚丙烯腈纳米纤维毡的失重、力学性能变化和结构变化等.     

温度场对PAN预氧纤维中类萘啶结构的影响

采用固体13 C核磁共振(13 C Solid-NMR)、差示扫描量热分析(DSC)研究了不同温度场对聚丙烯腈纤维预氧过程中类萘啶结构生成的影响。研究结果表明:提高预氧化温度纤维中易于形成类萘啶的梯形含氮芳杂环结构,预氧化热处理温度高于230℃时,类萘啶结构生成速度较快。梯度升温方式影响类萘啶结构的生成,三温区温度场条件下(210-230-245℃),在高温区(245℃)停留时间较长时有利于类萘啶结构的形成和发展;四温区温度场中(210-230-245-260℃),均匀分配各温区的热处理时间更有利于类萘啶结构的生成。     

硝酸法PAN基预氧丝在碳化期间分子结构的变化

利用气相色谱技术分离和鉴定了硝酸法ＰＡＮ基预氧丝在碳化期间所生成的主要特征气态组分ＣＯ２、ＣＯ、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２、ＣＨ４、ＮＨ３、ＨＣＮ和Ｎ２以及它们在此过程中的变化规律。用Ｘ射线衍射技术测字该纤维在碳化过程中的微观结构的变化，研究了微晶参数与碳化温度之间的关系，同时，还用热重分析和元素分析手段考察了预氧丝的热裂解与分子组成变化的规律，提出了在此过程中大分子链段发生热解，形成环状分子交联和向层面     

碳纤维植入犬体后的结构研究

利用Ｒａｍａｎ光谱，Ｘ射线光电子能谱和Ｘ射线衍射研究了未植入和植入犬体１．５和４．５ａ后的碳纤维，结果表明随着植入时间的延长，碳纤维表面的石墨化程度逐渐下降，但碳纤维的主体结构不变，仍为良好的石墨结构。     

炭纤维及其复合材料的吸波性能和吸波机理

炭纤维和炭纤维复合材料在隐身技术中已经得到了广泛应用。通过分析连续炭纤维、短切炭纤维、螺旋形炭纤维、异形截面炭纤维、掺杂改性炭纤维及其复合材料的微波电磁特性和吸波性能,探讨了以上几种炭纤维的吸波机理,其中螺旋形炭纤维和异形截面炭纤维是最有发展前景的两种吸波炭纤维。     

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 %。      

活性炭纤维微孔结构分析方法

根据实测高精度氮气吸附等温线详细介绍了活性炭纤维微孔结构的分析方法如DR图、t图和αs图。由这三种分析方法获得的活性炭纤维的微孔容量相同,由t图和αs图获得的微孔结构参数也具有很好的一致性,DR图法有一定的理论基础,不需 要标准吸附等温线,能获得与微孔表面能相关的特征吸附能;t图和αs图法能得到总表面积,内表面积和外表面积,一般认为αs图法比t图法更适合于微孔结构的分析。     

丙烯酸对聚丙烯腈原丝结构和热性能的影响

控制单体配比,采用丙烯腈（ＡＮ）与丙烯酸（ＡＡ）自由基熔液共聚,以偶氮二异丁腈为引发剂在溶剂二甲基亚砜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、ＤＴＧ等手段,讨论了共聚单体ＡＡ对共聚物反应及聚丙烯腈原丝结构和热性能的影响。共聚单体ＡＡ能在较低温度时引发聚丙烯腈原丝的氧化、环化放热反应,且能减缓放热效应。Ｐ（ＡＮ－ｃｏ－ＡＡ）共聚物中共聚单体ＡＡ的摩尔分数控制     

聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂性能试验研究

通过30个尺寸为100mm×100mm×515mm的聚丙烯纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石三点弯曲试件断裂试验,探讨了聚丙烯纤维对水泥稳定碎石断裂韧度(KIC)、断裂能(GF)、临界裂缝嘴张开位移(CMODC)、临界裂缝尖端张开位移(CTODC)、极限裂缝嘴张开位移(CMODmax)和极限裂缝尖端张开位移(CTODmax)的影响。试验结果表明:聚丙烯纤维的掺入可增大水泥稳定碎石的断裂韧度、断裂能、临界裂缝嘴张开位移、极限裂缝嘴张开位移、临界裂缝尖端张开位移和极限裂缝尖端张开位移;随着聚丙烯纤维体积掺量的增加,断裂韧度、临界裂缝嘴张开位移和临界裂缝尖端位移的变化无明显规律,但断裂能、极限裂缝嘴张开位移和极限裂缝尖端位移基本上呈线性增加的。     

由CO2作活化剂制活性炭织物的孔结构和吸附性能研究

以ＣＯ２为活化剂,制备ＰＡＮ基活性炭织物。进行了孔结构的表征（氮吸附）、苯吸附及碘吸附实验。结果表明,用ＣＯ２为活化剂所得活性炭织物的比表面比用水蒸汽或ＫＯＨ等要低,前者产品的孔分布比后者窄。但当使用纯ＣＯ２时所得产品的孔分布比用普通ＣＯ２时为窄,大孔含量少     

硝酸法PAN原丝及其预氧化纤维微细结构的X射线研究

用广角X射线衍射(WAXD)和小角X射线散射(SAXS)技术,探讨了批量生产的聚丙烯腈(PAN)原丝及其预氧化纤维的结构特征。同时,定量地估计出它们的相对取向度分别为83％和70.89％。PAN原丝的结晶度和微晶尺寸分别为36.82％和8.83nm。预氧化纤维的芳构化指数为0.54和该试样在2θ=30min时,SAXS的弱峰强度的最大值为5.48×10~(-3)nm~(-1),长周期为17.65nm。