中空度对中空酚醛纤维性能的影响

利用酚醛树脂纤维在固化中的皮芯效应,控制表皮固化层的交联厚度,用溶剂溶出未交联的芯部,制备出一系列不同中空度的中空酚醛纤维。分别采用SEM、电子纤维强力仪、TG-DSC、自制隔热效果测试仪对不同中空度中空酚醛纤维的截面形貌、力学性能、高温性能和隔热性能进行了考察。结果表明:随着中空酚醛纤维中空度的增加,中空纤维的壁厚变薄,纤维的表观力学性能、热分解温度和残炭率都逐渐降低,实际抗拉强度变化不大,隔热性能大幅提高。     

中空酚醛纤维的熔纺研究及性能表征

以提纯后的热塑性酚醛树脂为原料,用圆弧狭缝式喷丝板进行熔融纺丝,经过固化液固化和热处理一系列工艺,制备出了中空酚醛纤维.结果表明:树脂提纯后可纺性能大大提高,只有在适当的熔纺条件下圆弧狭缝式喷丝板才能纺出中空结构的酚醛纤维,改变的熔纺参数,还可以纺出C形和实心圆形另外两种截面的酚醛纤维.SEM,IR,TG-DSC和强度测试等分析结果表明,所制备的中空酚醛纤维和普通实心酚醛纤维一样,具有较高的固化交联度、分解温度和残炭率,同时具有更好的力学性能.     

中间相沥青熔融纺制异形纤维的研究

用热缩聚和催化缩聚两种不同工艺制备的中间相沥青及自行设计的五种喷丝板,熔融纺制出中空、条形、Y 形和圆形截面的沥青纤维。实验证明,沥青熔体的出口膨胀性是影响异形纤维特别是中空纤维纺丝成形的重要流变学参数。这一参数随中间相沥青的性质和熔体温度而变化,在较高温度下,沥青熔体的出口膨胀性减小,使得所纺制异形纤维截面的异形度降低。X 射线衍射分析结果表明,不同形状的喷丝板因其不同的当量直径,在纺丝时对熔体产生不同的剪切作用;当量直径越小,剪切作用越强,沥青分子沿纤维轴的取向度越高,因此可使其炭纤维的力学性能提高。     

聚丁二酸丁二醇酯调控丝素蛋白超细纤维膜形貌及其力学性能

为了改善静电纺再生丝素蛋白(SF)纤维膜的力学性能,通过静电纺丝技术制备丝素蛋白(SF)/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)复合超细纤维膜。通过对用甲醇处理后的具有不同共混比例的超细纤维膜进行FE-SEM、FTIR、XRD和DSC观察测试,分析比较了不同共混比例的复合超细纤维膜的形貌、结构,并进行力学性能测试。结果表明:随着聚丁二酸丁二醇酯共混质量比的增加,复合超细纤维的平均直径从289 nm增大到425 nm;复合超细纤维的结晶性能随之提高;复合超细纤维膜的拉伸破坏应力先减小后增大,拉伸破坏应变逐渐增加;当共混质量比为50/50时,复合超细纤维膜表现出良好的力学性能,拉伸破坏应力接近于16 MPa,破坏应变达到50%。聚丁二酸丁二醇酯可有效调控丝素蛋白超细纤维膜的形貌、结构和力学性能。     

三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩性能及破坏机制

针对不同编织角、 不同纤维体积分数的三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料在不同温度下进行了纵向(编织方向)压缩和横向压缩试验 , 获得了其主要压缩力学性能 , 分析了编织参数、 温度对材料压缩力学性能的影响。对试件断口进行了宏观及扫描电镜观察 , 从宏、 细观角度研究了材料的变形及其破坏机制。结果表明 , 三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩应力2应变曲线呈现明显的非线性特征 , 且温度效应明显; 编织角和纤维体积分数是影响材料压缩性能的主要参数。三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的纵向压缩与横向压缩具有完全不同的破坏机制。      

静电纺聚醚砜纳米纤维膜的制备及性能研究

配制不同浓度的聚醚砜(PES)纺丝液,在不同纺丝温度和进液速度下,采用静电纺丝技术制备PES纳米纤维膜,并通过扫描电子显微镜观察膜表面的微观形貌,探究纺丝液浓度、进液速度和纺丝温度等条件对纤维的形貌、直径和孔径分布等的影响。结果表明:当纺丝液浓度为28%(质量分数),推进速度为1mL/h,纺丝温度为45℃时,纺丝效果最佳。分别采用电子万能试验机和泡压法滤膜孔径分析仪对优化条件下制得的PES纳米纤维膜的力学性能、通孔孔径及孔径分布进行测试,发现该条件下所得PES纳米纤维膜的弹性模量为33.4MPa,断裂伸长率为38.63%,拉伸屈服应力为3.47MPa;纤维平均直径为0.723μm,平均孔径为3.5689μm,最可几孔径为3.5655μm。静电纺PES纳米纤维膜有望作为高精度滤膜材料使用。     

圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱试验研究

该文对12个圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱进行了轴压试验,探讨了锥度、截面直径及是否内置钢管对圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压力学性能的影响,建议了圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压承载力计算式。结果表明:锥度、截面直径及是否内置钢管对圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压性能影响显著;建议的极限承载力计算式计算结果与试验结果总体上吻合较好,可用来预测圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱的截面抗压 强度。     

中空纤维内压纳滤膜的制备

以聚砜(PSF)中空纤维超滤膜为基膜,哌嗪(PIP)为水相单体,均苯三甲酰氯(TMC)为有机相单体,通过界面聚合的方法制备了聚哌嗪酰胺/聚砜中空纤维纳滤膜。研究了PIP、TMC浓度、热处理温度等工艺条件对膜的截留性能的影响,并用扫描电镜(SEM)研究了中空纤维纳滤膜内表面和截面的形貌。所制备中空纤维纳滤膜的水通量约为40L/(m2.h),对无机盐具有良好的选择性(对NaCl和KCl的截留率低于20%,对CuSO4和MgSO4的截留率高于94%)。     

高温炭化处理对三维五向碳/酚醛编织复合材料拉伸性能的影响

对未经炭化和经不同温度炭化处理后的三维五向碳/酚醛编织复合材料进行了纵向和横向拉伸实验, 获得了拉伸应力-应变曲线, 并确定了材料的拉伸强度、 拉伸模量、 破坏应变和泊松比等主要力学性能, 分析了这类材料经不同温度炭化处理后拉伸力学性能的变化规律。对试件拉伸实验后的破坏断口进行了宏观和微观分析, 探讨了材料的变形和破坏机理。实验结果表明: 随炭化处理温度的增加, 三维五向碳/酚醛编织复合材料的纵向、 横向拉伸强度和拉伸模量均呈先降后升的趋势, 存在一个转折温度, 超过该温度, 材料的拉伸强度和拉伸模量从下降变为上升, 但拉伸模量的变化幅度较小; 但是, 随着炭化温度的升高, 材料的破坏应变是逐渐降低的。通过形貌观察和树脂热分解机理分析, 认为在不同的炭化处理温度下, 材料的细观组织结构演变存在明显的差异, 因此造成了材料力学性能的变化。      

PTFE/PAN共混中空纤维膜的制备与性能

以聚丙烯腈(PAN)为成膜载体,由聚四氟乙烯(PTFE)分散乳液通过干-湿法纺丝制得PTFE/PAN共混中空纤维膜。利用红外光谱(FT-IR)研究了烧结前后中空纤维膜的化学变化,热失重(TGA)分析了中空纤维膜的热稳定性,并采用场发射扫描电镜(FESEM)观察了不同烧结温度的中空纤维膜形貌。结果表明:在预氧化烧结过程中PAN发生了环化反应,生成耐热的梯形结构,提高了中空纤维膜的耐热性;随着烧结温度的升高,生成的点纤结构尺寸明显增加,中空纤维膜的力学强度显著提高。     

石墨烯/聚酰亚胺复合石墨纤维的结构与性能

采用干湿法纺丝工艺制备氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维,然后将复合纤维进行炭化和石墨化处理得到石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维及石墨纤维。对复合碳纤维进行热重分析、Raman、力学性能、传导性能、形貌等测试分析。结果表明,氧化石墨烯添加量为0.3%(质量分数,下同)的复合纤维的耐热性能最佳;氧化石墨烯的加入,使石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维的力学性能和传导性能明显提高,石墨化程度增加。当复合碳纤维2800℃石墨化后,氧化石墨烯含量增加到2.0%时,复合石墨纤维的热导率达到435.57 W·m-1·K-1,结构更加致密。     

中间相沥青基条形炭纤维的制备与性能

用石油系和萘系中间相沥青熔融纺制条形纤维，经不熔化与炭化处理后，制成条形炭纤维，条件炭纤维容易制备，纺丝时形成的分子取向度较高，较薄的壁厚降低了不熔化温度，缩短了不熔化时间，分子取向度的提高和纤维中缺陷的减少有产地改善了它的力学性能。     

纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维的制备及表征

通过静电纺丝法制备出纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维,利用扫描电镜、红外光谱仪、X射线衍射仪对纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维形貌和结构进行表征,并进行了拉伸测试。结果表明,随着超细纤维中羟基磷灰石含量的增加,纤维的直径逐渐降低,纤维中聚己内酯的结晶逐渐变差。相比于丝素蛋白/聚己内酯超细纤维,含有质量比为30%羟基磷灰石的复合超细纤维仍具有较好的力学性能。体外小鼠成纤维细胞(L929)培养表明,纳米羟基磷灰石/丝素蛋白/聚己内酯复合超细纤维对细胞没有毒性。     

Carbon Fibers from Polyethylene-Based Precursors

Polyethylene fibers are attractive as carbon fiber precursors due to their high carbon content and ease of manufacture. Also, highly ordered and oriented fibers with extraordinary physical and mechanical properties are available today. However, being thermoplastic fibers, they soften or melt at a fairly low temperature, losing their fiber form. These precursors have to be stabilized by introducing cross links in them so that they can withstand the higher temperatures of carbonization. Heating in a sulfuric acid bath was investigated as a possible means of stabilizing these fibers. The process of stabilization was studied using several characterization techniques, such as thermal analyses (DSC and TGA), color change, tensile properties, X-ray diffraction and electron microscopy. The fibers had a tendency to shrink to a great extent and the tension had a major role during the process of sulfonation. Some of the stabilized fibers were carbonized and their properties were evaluated     

用STM研究渗硼改性碳纤维结构与力学性能的相关性

研究了PAN基碳纤维浸渍不同硼化物溶液进行高温热处理后(2500℃)对力学性能的影响。采用扫描隧道显微镜观察了渗硼处理对碳纤维表面微观形态结构的影响,同时还采用X-ray衍射技术分析了渗硼处理对纤维结构参数的影响。结果表明渗硼处理可提高CF的力学性能,采用硼化物A浸渍热处理后CF的模量和强度分别提高了10.3 %和15.3 %。通过STM观察可以很清楚看到渗硼处理可提高CF的择优取向和晶体尺寸,减少表面缺陷。X-ray衍射分析结果与STM一致,渗硼热处理提高了CF的晶体尺寸。      

碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料界面性能研究

对PAN基碳纤维在线热氧化表面处理,分析了处理前后碳纤维的表面形貌,通过拉挤成型工艺制备出碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料。对拉挤复合材料的微观结构观察以及力学性能测试表明:碳纤维经表面处理后表面粗糙度增加,与乙烯基酯树脂的界面粘结性明显改善,复合材料的力学性能尤其是层间剪切强度得到显著提高。对不同界面性能的碳纤维复合材料进行动态热机械分析(DMTA),认为界面性能的改善可降低损耗模量,提高复合材料的耐疲劳性能。     

PDMS/SiO2杂化电纺纤维的制备与表征

采用溶胶凝胶工艺和电纺丝法制备了聚二甲基硅氧烷/二氧化硅(PDMS/SiO2)电纺纤维.纤维连续、直径均匀、表面光滑平整,形成了一块完整的纤维毡。并用场发射扫描电镜(FESEM)、红外光谱法(FT-IR)、热重分析法(TG)研究了纤维的形态、结构和热性能。结果表明,PDMS通过两端羟基与TEOS发生了缩合,电纺纤维具有良好的耐高温性能,并且随着PDMS含量的增加,纤维直径变粗。     

Microstructure and mechanical properties of Hi-Nicalon™ Type S fibers annealed and crept in various oxygen partial pressures

The microstructure and mechanical properties of Hi-Nicalon? Type S fibers annealed and crept at elevated temperatures in various oxygen partial pressures were investigated. Observations and analyses of the microstructure indicated that (i) the morphologies of the fibers were heavily dependent on the oxygen partial pressure and mechanical state; (ii) the extent of fiber oxidation under creep conditions was greater in comparison to that of fibers under annealing conditions; and (iii) the transition from passive to active oxidation was accelerated by reducing the oxygen partial pressure. For the mechanical properties of fibers annealed at 1500 °C, the tensile strengths decreased with decreasing oxygen partial pressure, while the creep resistance increased slightly with decreasing oxygen partial pressure.     

Tuning Array Morphology for High‐Strength Carbon‐Nanotube Fibers

Vertically aligned carbon‐nanotube arrays are synthesized by chemical vapor deposition. Carbon‐nanotube fibers are directly spun from the obtained nanotube arrays and then tested mechanically. A strong correlation between the array morphologies and the mechanical properties of the fibers is observed: well‐aligned arrays yield fibers with much higher performance, while wavy and entangled arrays give poor fiber properties. More importantly, such array morphologies could be controlled by introducing hydrogen or oxygen during the nanotube synthesis. By simply switching the growth condition from 150 ppm oxygen addition to 2% hydrogen addition, the nanotube array changes from the wavy morphology to the well‐aligned morphology, and correspondingly the tensile strength of the resultant fibers could be increased by 4.5 times, from 0.29 GPa for the fibers spun from the oxygen‐assistance‐grown nanotube arrays to 1.3 GPa for the fibers spun from the hydrogen‐assistance‐grown nanotube arrays. The detailed effects of hydrogen and oxygen on the nanotube growth, especially on the growth rate and the array spinnability, are extensively studied. The formation mechanism of the different morphologies of the nanotube arrays and the failure mechanism of the nanotube fibers are also discussed in detail.     

聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性

针对二元共聚聚丙烯腈（PAN）纤维的热应力和聚集态结构特点,借用差示扫描量热（DSC）分析、广角X射线衍射（WAXD）、红外光谱（FTIR）等表征手段研究了预处理阶段（180 ℃）纤维热应力变化与最终碳纤维结构及性能的关联性。实验结果表明：对于取向度较高,但热应力较大的二元共聚PAN纤维,在180 ℃进行适当的应力松弛处理有利于最终碳纤维力学性能的提高。进一步的分析表明,随着预处理阶段纤维热应力的降低,PAN纤维内部准晶区的取向度逐渐下降,而纤维的环化反应活化能明显降低,相对环化率逐渐增大,相应碳纤维中类石墨晶体的层间距呈现先减小后增大的趋势,类石墨晶体的堆叠厚度则是先增大后减小;与之对应的碳纤维的拉伸强度以及拉伸模量也呈现出先增大后减小的趋势。综合研究结果表明：对二元共聚PAN纤维进行适当的热应力松弛处理可有效改善最终的碳纤维结构参数,提高其力学性能。