炭纤维前驱体聚丙烯腈原丝的制备及其热稳定化

采用丙烯腈（AN）与衣糠酸（IA）自由基溶液共聚合，以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，在二甲基亚砜（DMSO）中合成了聚丙烯腈纺比还,率湿法纺丝制得聚丙烯腈（PAN）原丝。研究了各种工艺条件，如含固量；牵伸倍数；凝固浴浓度，温度，预热浴温度等对聚丙烯腈原丝结构与性能的影响。分析了纤维成型时出现的各种异常现象。通过对聚丙腈原丝热稳定化工艺过程及纤维扫描电镜的研究，发现原丝经热稳定化后其断面形态结构有遗传，发展现象。     

MWCNT/Lyocell炭纤维的制备及其性能

为了提高Lyocell基炭纤维的得率及其力学性能,纺制了MWCNT/Lyocell纤维并以此为原丝制备了炭纤维.采用广角X-衍射(WAXD)、热失重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、强度仪等分析了试样的结构与性能.结果表明:MWCNT/Lyocell纤维具有纤维素Ⅱ晶型的结构,纤维表面光滑且截面为圆形,符合优质炭纤维原幺幺的要求.以此为原丝所制炭纤维中,MWCNTs分布均匀;与纯Lyocell基炭纤维相比,掺杂MWCNTs的Lyocell基炭纤维的力学性能明显提高,其中,掺杂质量分数1％ MWCNTs的Lyocell基炭纤维的强度和模量分别比纯Lyocell基炭纤维提高70％和116％.同时掺杂MWCNTs还可以提高Lyocell纤维的热稳定性,进而提高Lyocell基炭纤维的得率.     

Lyocell基炭纤维表面微结构的STM研究

采用SEM揭示出Lyocell基炭纤维(LCF)表面比粘胶基炭纤维(RCF)表面光滑,而后者粗糙的表面上还存在裂纹和沟槽,这也是导致RCF强度偏低的一个原因。尝试利用扫描隧道显微镜(STM)的原子级分辨率来研究LCF的表面微结构。在500nm×500nm观测范围内,发现了由25nm宽,150nm长的条状微结构组成的约150nm2大小的沿纤维轴呈近乎45°角排列的块状结构;并测得LCF表面碳原子间距离为0.331nm,结果表明Lyocell基炭纤维表面尚未形成完整的碳网六元环结构。     

Lyocell纤维在低温热处理阶段的TG-DSC-MS研究

采用TG-DSC-MS联用技术对Lyocell纤维在低温热处理阶段(温度低于600℃,空气介质)的热分解行为进行了分析。TG和DTG分析发现,加入催化荆后Lyocell纤维的最大失重温度提前,失重总量减少,炭化得率提高。DSC研究发现,催化处理后的Lyocell纤维的放热峰明显变小,所对应的温度也明显降低,说明催化荆改变了反应途径并降低了反应放热。利用质谱(MS)技术重点分析了H2O、C2H5OH和CO2等挥发性物质的离子流强度随温度变化的规律过程。     

长余辉发光Lyocell纤维的制备与性能研究

通过采用不同偶联剂对长余辉发光粉末进行表面处理,比较其在NMMO水溶液中的沉降性变化,优选出合适的钛酸酯偶联剂以提高发光粉在NMMO水溶液中的分散稳定性,并采用干湿法纺丝,成功制备了长余辉绿色发光Lyocell纤维。结果表明,通过对发光粉的偶联剂处理,所得发光Lyocell纤维强度略有提高。随着发光粉含量的增加,纤维的热性能和结晶度有所降低,初始发光亮度提高。当发光粉含量>10%(质量分数)时,纤维的衰减时间常数迅速增大,余辉性能提高。     

微胶囊法相变调温Lyocell纤维的制备与性能研究

为探索相变调温Lyocell纤维的制备方法及其纤维性能,利用微胶囊法通过原液添加制备了调温Lyocell纤维,通过电子显微镜、激光粒度仪、差示扫描量热仪以及扫描电镜等多种表征方法,表征了微胶囊分散液在N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液中的分散情况,并研究了微胶囊添加量对纺丝原液和纤维性能的影响,表征了改性后的纤维形貌,测试了在吸放热条件下,实际的升降温情况。结果表明：微胶囊分散液可以良好的在NMMO水溶液中实现分散,随着微胶囊添加量的增加,纺丝溶液的黏度和可纺性未发生显著的变化;适当提高微胶囊的添加量有利于提高纤维焓值,当微胶囊量提高到35%以上时,纤维焓值不再变化;改性后的纤维横截面可以发现微胶囊的嵌入,纤维表面变得凹凸不平;利用相变调温Lyocell纤维制备的无纺布进行吸放热测试,织物具有明显的双向调温功能。     

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。     

纳米导电纤维与导电炭黑填充PVC复合材料的电性能研究

对纳米导电纤维(nano-F)及导电炭黑（HG－CB）填充PCV复合材料的电性能进行了研究,当nano-F和HG－CB的填充量分别为20,10份时,复合材料的电阻率急剧下降,其用量继续增加,材料电阻率变化不大。nano-F填充复合材料在20－120℃范围内电阻率基本不变,具有高的电阻稳定性,HG－CB填充复合材料在20－60℃范围内随温度升高阻率逐渐增大,之后随温度继续升高电阻率开始下降,nano-F填充复合材料的伏安特性在不同温度下为欧姆线性关系,而HGC－CB填充复合材料的伏安特性比较复杂。     

一种新型储氢材料——纳米炭纤维的制备及其储氢的研究

氢能是理想的清洁能源之一,已引起人们广泛的重视。为了充分利用氢能使用的分散性及不连续性等优点,必须解决氢的储存及运输问题,储氢材料则可能是可供选择的最佳方法。储氢材料的研究是氢能利用的关键技术,具有高储氢容量的纳米炭纤维的研究将促进氢能的发展。 本项目以具有高储氢能力的纳米炭纤维的制备和储氢特性研究为目标,利用气相流动催化法和高压容积法对纳米炭纤维     

氟化活性炭纤维的制备及其憎水性

将活性炭纤维（ACF）和氟气反应制备了氟化活性炭纤维（FACF）。XPS的研究结果表明FACF的碳原子是以sp^3杂化轨道同氟原子形成共价键。αs图分析氮吸附等温线的结果表明，ACF氟化后其比表面积和微孔容积显著降低、微孔宽度基本不变。FACF对水的吸附量极小，微孔表面具有完美的憎水性和高稳定性。     

单壁碳纳米管无纺膜的抗凝血性能研究及其对血液系统中植入性假体的意义

以血液接触环境下的应用为目标，研究了单壁碳纳米管无纺膜的抗凝血性能。通过扫描电镜(SEM)观察和表面元素分析，研究了与凝血过程密切相关的纤维蛋白原、白蛋白以及新鲜血浆在单壁碳纳米管无纺膜表面的吸附行为，并利用SEM和荧光标记流式细胞分析技术(FCM)，从血小板活化形态和血小板膜糖蛋白的构型变化两个方面分析了单壁碳纳米管无纺膜对血小板的作用。实验结果显示，单壁碳纳米管无纺膜对血液中的纤维蛋白分子原具有明显的倾向性吸附，但是并没有像已有的大部分生物材料一样引起明显的后续血小板粘附和活化，材料与血浆接触后，表面上没有观察到可辨识的血小板粘附与活化，富血小板血浆(PRP)中活化血小板在5％左右，表明该材料具有独特的抑制血小板粘附、活化和聚集的抗凝血性能。这种优异的抗凝血性能在血液接触环境中的人工器官、组织替代物、以及可植入器件等方面具有巨大的潜在应用价值。     

Lyocell/多壁碳纳米管复合纤维的制备及性能

将多壁碳纳米管(MWCNTs)水悬浮液、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶液及纤维素共混得到纺丝液,通过干湿法制备了Lyocell/MWCNT复合纤维。采用X-衍射仪(WAXD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、强度仪等分析了所得纤维的结构和性能。WAXD图谱显示复合纤维仍然具有纤维素II晶型的结构,同时还保留了MWCNTs的特征衍射峰;二维X衍射结果表明:MWCNTs质量分数为5%的复合纤维中,MWCNTs与纤维轴的取向角为±15.2°,说明复合纤维中MWCNTs基本沿着纤维轴取向。SEM结果显示复合纤维中MWCNTs在Lyocell基体中分布均匀。对纤维的力学性能分析进一步表明:添加适量的MWCNTs可使复合纤维的力学性能提高,MWCNTs质量分数为1%的复合纤维的初始模量和强度分别比Lyocell纤维增加49.4%和15.7%。     

等离子体技术在炭黑制备中的应用

等离子体法制备炭黑的基本原理是碳氢化合物在高温等离子体中的热解。通过对比等离子体炭黑和传统炭黑的基本性能及生产工艺,表明等离子体炭黑具有如下优点:产率高,碳转化率接近100%;初级粒子粒径小,比表面积大,满足对特种炭黑的要求;清洁生产,副产品为氢气,无CO2、NOX等污染物产生;原料适应性广。通过介绍等离子体法制备炭黑的研究历史、发展现状及工业应用前景,结合我国炭黑产业中存在的基础理论研究薄弱、缺乏具有自主产权的高性能炭黑制备技术研发的现状,论证了开发等离子体炭黑制备技术的必要性。指出做好基础数据的采取工作,开发新的等离子体技术和炭黑制备工艺相结合的工艺是今后研究工作的方向。     

沥青基炭纤维的制备及其表征

石油沥青在氮气氛中420℃热缩聚7h,制得软化点为295℃的炭纤维前驱体沥青.此前驱体沥青在单孔纺丝器中熔纺获得沥青纤维.将沥青纤维于空气中320℃稳定化处理,最后在氮气流中1000℃炭化制成炭纤维.应用SEM、TGA、FTIR和XRD对石油沥青、前驱体沥青、沥青纤维、预氧化纤维和炭纤维分别进行表征.发现:前驱体沥青中含有质量分数70.5%中间相组分,炭纤维具有径核结构,其最大抗拉强度为650MPa.     

炭黑-碳纤维填充双组分聚合物体系的导电网络及其阻温特性

以2种不同形态尺寸的导电填料炭黑(CB)、 碳纤维(CF)填充双组分聚合物体系高密度聚乙烯(HDPE)聚丙烯(PP), 制备了四元导电复合材料。研究了导电网络的结构形态及其对材料阻温特性的影响。光学显微镜及SEM 观察表明: 炭黑选择性地分布于HDPE中, 体系中HDPE与PP呈双连续相分布, 形成双渗流导电网络结构。而具有较高长径比的碳纤维在两相基体中均匀分布并贯通多个相区, HDPE导电相区的碳纤维相互桥接形成导电网络。电性能测试结果表明: 体系的体积电阻率与CB/HDPEPP及CBCF/HDPE三元复合体系相比下降了1~5个数量级。同时, 双渗流导电网络的存在也有效抑制了负温度系数(NTC)效应, 提高了循环稳定性。与CBCF/HDPE体系相比, CBCF/HDPEPP体系的NTC效应从2个数量级下降到0.6个数量级, 电阻特征弛豫时间从951s增加到了2370s。      

半纤维素对Lyocell纤维结构与性能的影响

本文对比研究了具有不同半纤维素含量的Lyocell纤维的结构与性能。探讨了半纤维素对Lyocell纤维聚集态和超分子结构的影响,并且测定了半纤维素对Lyocell纤维力学、抗原纤化和染色性能的影响。     

碳黑、微珠粉填充UHMWPE摩擦学性能研究

比较了碳黑、微珠粉填充UHMWPE复合材料摩擦学行为,用MM-200型摩擦磨损试验机考察了载荷及对摩偶件粒度对碳黑、微珠粉填充UHMWPE复合材料摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌并分析了磨损机理.结果表明:碳黑可以提高UHMWPE抗磨损的性能,其耐磨性比纯UHMWPE好;而微珠粉填充UHMWPE的耐磨性比纯UHMWPE差,两种材料填充的UHMWPE磨损量随着载荷的增大而加大;对摩偶件的粒度对两种材料填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能影响较大,偶件表面粒度增大,它们磨损量显著增大.两种材料填充UHMWPE复合材料的摩擦系数相近,且较纯UHMWPE的摩擦系数大,特别是载荷增大和对摩偶件粒度增大时,UHMWPE复合材料的摩擦系数急剧增大.     

前驱体对炭泡沫孔结构的影响

分别以煤沥青、石油中间相沥青和AR沥青为前驱体制备炭泡沫材料。采用GPC测定前驱体分子量,SEM观察所制炭泡沫的孔结构,光学显微镜测量所制炭泡沫的孔径及其分布。结果发现,由于煤焦油沥青不含中间相,且QI含量较高,导致在实验条件下不能直接制备出合格的炭泡沫。以石油中间相沥青和AR沥青为原料均能制备出具有分布均匀开孔结构,且微观各向异性的炭泡沫。由AR沥青制备的炭泡沫呈现平均孔径较小(212μm)、孔壁较薄、孔径分布较窄(180μm~300μm)、开孔率较高、以及韧带排列较规整等特点,表明低QI含量、低分子量且分布较窄的前驱体有利于发泡。     

Enhanced crack detection sensitivity of carbon fiber composites by carbon nanotubes directly grown on carbon fibers

The ability of highly conductive hybrid carbon–fiber/carbon nanotube loaded epoxy composites to sense matrix cracking damage in situ is demonstrated. Multi-walled carbon-nanotubes (MWCNTs) are grown perpendicular to and on the surface of a woven carbon–fiber fabric using a chemical vapor deposition process. An increase in sensitivity of resistance change under interlaminar fracture is shown through a series of double cantilever beam (DCB) tests on samples prepared with MWCNTs grown on both sides of carbon–fiber fabric lamina placed at the top and bottom surfaces of an 8-layer test panel whereas samples with MWCNTs inside the samples did not show much increase in sensitivity of resistance change compared with the baseline samples without MWCNTs. The results suggest that the addition of surface positioned hierarchical carbon-nanotube lamina on composite structures has the potential for autonomic sensing of internal matrix damage.