低温石墨化对碳纤维性能的影响

使用高温石墨化炉对实验室自制的高强中模碳纤维进行连续石墨化处理,制备得到了强度4.86 GPa、模量541 GPa的高强高模碳纤维,并详细研究了石墨化处理过程中主要工艺参数对碳纤维结构与性能的影响。研究结果探索掌握了低温石墨化(1 600~2 200℃)过程中,不同处理温度对碳纤维密度、拉伸强度、拉伸模量等性能的影响规律。     

高强高模PAN基石墨纤维的制备研究

以国产T800级PAN基碳纤维为原料,通过调整石墨化温度和牵伸率,制备出拉伸强度3.8 GPa和拉伸模量450 GPa的石墨纤维。研究发现,拉伸模量随石墨化处理的温度升高和牵伸比的增加而提高,而其拉伸强度随牵伸比的增加而下降。进一步分析石墨化处理过程中纤维微观结构参数发现,微观有序化和高取向是制备高强高模石墨纤维的关键。     

国产碳纤维增强树脂基复合材料的界面结合性能研究

研究了国产高强中模碳纤维T800、高模碳纤维M50J及M55J的力学性能及其增强树脂基复合材料的界面结合强度(ILSS),并与日本东丽公司同级别碳纤维进行对比。结果表明:国产M55J碳纤维的拉伸模量为568 GPa,拉伸强度为4.50 GPa,日本东丽公司M55J的拉伸模量为561 GPa,拉伸强度为4.10 GPa,国产高模碳纤维表面石墨化程度高于日本东丽碳纤维,表面呈现更高惰性,其增强树脂基复合材料的ILSS略低于日本东丽碳纤维复合材料;将高强中模碳纤维与高模碳纤维混合后对树脂基体进行增强,混合碳纤维中随着高强中模碳纤维含量提高,其复合材料的ILSS提高幅度也随之增加。     

聚丙烯腈基碳纤维高温石墨化综述

针对高模量碳纤维制备的关键工艺环节,综述总结了石墨化的基本工艺和石墨化高温处理过程纤维组成、结构的变化以及对最终碳纤维力学性能的影响,以期为我国高强高模碳纤维研发提供借鉴。综述结果表明,一步法石墨化高温处理有利于保持纤维的高强度特性,该工业化技术具有发展潜力;1 800℃前后纤维密度为先降后升;随着纤维对石墨晶体结构逐渐完善,层间距减少,模量提高;催化石墨化以及强磁场或射线处理可促使纤维石墨晶体结构的完善,但不易工业化实施;石墨化过程中适施应力是一项保持纤维强度和提高模量的有效措施。     

PAN基高模量碳纤维成型过程中的结构性能关联性

以实验室自制T800级聚丙烯腈（PAN）基高强中模碳纤维为原料，经连续石墨化处理得到M50J级、M55J级高模量碳纤维，以X射线衍射（XRD）、Raman光谱为表征手段研究了高强碳纤维向高模量碳纤维转变过程中石墨微晶、取向、微孔含量、石墨化度等石墨特征结构的演变规律，并开展了PAN基碳纤维石墨特征结构与力学性能的关联性研究。研究结果表明：在高强碳纤维向高模量碳纤维转变过程中，随着石墨微晶层间距d ₀₀₂的下降以及石墨微晶堆砌厚度L _c的增加，碳纤维的拉伸模量逐渐提升；石墨微晶层间距和微晶取向是影响碳纤维拉伸强度的两个主要因素，石墨微晶层间距d ₀₀₂值增加、石墨微晶取向越高，纤维拉伸强度也越高；在高模量碳纤维的成型过程中，纤维内部微孔含量随着石墨化程度的提高而降低；经过高温石墨化处理后，碳纤维的拉伸强度会随着Raman光谱中无序结构D峰和石墨特征结构G峰积分强度比值I _D /I _G的下降而下降。     

文摘

聚丙烯腈基碳纤维高温石墨化综述[刊,中]/卢天豪,陆文晴,童元建//高科技纤维与应用,2013,38(3):46～53,74针对高模量炭纤维制备的关键工艺环节,综述总结了石墨化的基本工艺和石墨化高温处理过程纤维组成、结构的变化以及对最终炭纤维力学性能的影响,以期为我国高强高模炭纤维研发提供借鉴。综述结果表明,一步法石墨化高温处     

高强高模碳纤维技术获得新进展

正宁波材料所特种纤维事业部在高强高模碳纤维国产化制备技术领域取得了重大突破,制备得到的高性能碳纤维拉伸强度为4.86 GPa、拉伸模量为541 GPa,在模量达到国外同类产品性能(540 GPa)的同时,拉伸强度远优于国外产品,从而打破了国外在该领域的垄断并填补了国内技术空白。高强高模碳纤维又称为石墨纤维,与传统高强碳纤维相比,其含碳量高达99%以上,且具有更高的模量。此     

高模量碳纤维的现状及发展(2)

主要介绍了国内外聚丙烯腈基和沥青基高模量碳纤维的研究现状及发展趋势。⑴高模量碳纤维的发展方向:1980年代,两大高模量碳纤维都朝着高强高模方向发展,以满足飞机主承力结构件高强高模并重的需要,因而促使高模量碳纤维的性能从单一高模化向高强高模化方向迈进,如东丽公司的M50J和M60J的抗拉伸强度(σ)分别为4.12 GPa和3.92 GPa,抗拉伸模量(E)分别为475 GPa和588 GPa,与M50(σ:2.45 GPa,E:490 GPa)相比均大幅度提高;1990年代率先研制出XN-70(σ:3.3 GPa,E:690 GPa)和FT-700(σ:3.3 GPa,E:700 GPa)沥青基高强高模碳纤维产品不久,美国AMOCO公司也生产出Thorne K-1000(σ:3.1 GPa,E:956 GPa)商品,满足了工业界的需求。⑵原丝的品质是提升高强高模碳纤维性能的关键:人们特别关注聚合物单体、溶剂、环境等的净化,以及聚合纺丝工艺参数的选择和调整,目的是如何能生产出低灰份杂质,细直径,高碳收率,高取向度和结晶度,毛丝少,柔韧性好,均匀稳定的优质原纤维。优质原纤维是制备高强高模的物质基础。⑶热处理制备工序、设备选型及工艺参数的调控也是提高高强高模碳纤维性能不可或缺的条件:人们在热处理过程用DSC-TG(热分析仪)、EA(元素分析仪)、FE-SEM(场发射扫描电镜)、HRTEM(高分辨透射电镜)、XES(X-射线能谱仪)、XRD(X-射线衍射仪)、Raman(拉曼光谱)、NMR(核磁共振仪)、STM(原子力显微镜)和AAS(原子吸收光谱)等先进的测试分析方法以及万能材料试验机等,研究各工序的工艺参数对产品性能和结构的影响,并详细的用图表阐述之。前人研究的成果加速了世界高强高模碳纤维性能的提升。进而提出了提高我国高强高模碳纤维的关键技术(例如研制非硅系新油剂,加强各工序的净化度和设备加工精度,强化工艺参数调控精度和加强灵活可变性,分析测试的准确度和测试方法的统一性等)。同时简介了高模量碳纤维的应用领域和前景。     

高模量碳纤维的现状及发展(3)

主要介绍了国内外聚丙烯腈基和沥青基高模量碳纤维的研究现状及发展趋势。⑴高模量碳纤维的发展方向:1980年代,两大高模量碳纤维都朝着高强高模方向发展,以满足飞机主承力结构件高强高模并重的需要,因而促使高模量碳纤维的性能从单一高模化向高强高模化方向迈进,如东丽公司的M50J和M60J的抗拉伸强度(σ)分别为4.12 GPa和3.92 GPa,抗拉伸模量(E)分别为475 GPa和588 GPa,与M50(σ:2.45 GPa,E:490 GPa)相比均大幅度提高;1990年代率先研制出XN-70(σ:3.3 GPa,E:690 GPa)和FT-700(σ:3.3 GPa,E:700 GPa)沥青基高强高模碳纤维产品不久,美国AMOCO公司也生产出Thorne K-1000(σ:3.1 GPa,E:956 GPa)商品,满足了工业界的需求。⑵原丝的品质是提升高强高模碳纤维性能的关键:人们特别关注聚合物单体、溶剂、环境等的净化,以及聚合纺丝工艺参数的选择和调整,目的是如何能生产出低灰份杂质,细直径,高碳收率,高取向度和结晶度,毛丝少,柔韧性好,均匀稳定的优质原纤维。优质原纤维是制备高强高模的物质基础。⑶热处理制备工序、设备选型及工艺参数的调控也是提高高强高模碳纤维性能不可或缺的条件:人们在热处理过程用DSC-TG(热分析仪)、EA(元素分析仪)、FE-SEM(场发射扫描电镜)、HRTEM(高分辨透射电镜)、XES(X-射线能谱仪)、XRD(X-射线衍射仪)、Raman(拉曼光谱)、NMR(核磁共振仪)、STM(原子力显微镜)和AAS(原子吸收光谱)等先进的测试分析方法以及万能材料试验机等,研究各工序的工艺参数对产品性能和结构的影响,并详细的用图表阐述之。前人研究的成果加速了世界高强高模碳纤维性能的提升。进而提出了提高我国高强高模碳纤维的关键技术(例如研制非硅系新油剂,加强各工序的净化度和设备加工精度,强化工艺参数调控精度和加强灵活可变性,分析测试的准确度和测试方法的统一性等)。同时简介了高模量碳纤维的应用领域和前景。     

高模量碳纤维的现状及发展(1)

主要介绍了国内外聚丙烯腈基和沥青基高模量碳纤维的研究现状及发展趋势。⑴高模量碳纤维的发展方向:1980年代,两大高模量碳纤维都朝着高强高模方向发展,以满足飞机主承力结构件高强高模并重的需要,因而促使高模量碳纤维的性能从单一高模化向高强高模化方向迈进,如东丽公司的M50J和M60J的抗拉伸强度(σ)分别为4.12 GPa和3.92 GPa,抗拉伸模量(E)分别为475 GPa和588 GPa,与M50(σ:2.45 GPa,E:490 GPa)相比均大幅度提高;1990年代率先研制出XN-70(σ:3.3 GPa,E:690 GPa)和FT-700(σ:3.3 GPa,E:700 GPa)沥青基高强高模碳纤维产品不久,美国AMOCO公司也生产出Thorne K-1000(σ:3.1 GPa,E:956 GPa)商品,满足了工业界的需求。⑵原丝的品质是提升高强高模碳纤维性能的关键:人们特别关注聚合物单体、溶剂、环境等的净化,以及聚合纺丝工艺参数的选择和调整,目的是如何能生产出低灰份杂质,细直径,高碳收率,高取向度和结晶度,毛丝少,柔韧性好,均匀稳定的优质原纤维。优质原纤维是制备高强高模的物质基础。⑶热处理制备工序、设备选型及工艺参数的调控也是提高高强高模碳纤维性能不可或缺的条件:人们在热处理过程用DSC-TG(热分析仪)、EA(元素分析仪)、FE-SEM(场发射扫描电镜)、HRTEM(高分辨透射电镜)、XES(X-射线能谱仪)、XRD(X-射线衍射仪)、Raman(拉曼光谱)、NMR(核磁共振仪)、STM(原子力显微镜)和AAS(原子吸收光谱)等先进的测试分析方法以及万能材料试验机等,研究各工序的工艺参数对产品性能和结构的影响,并详细的用图表阐述之。前人研究的成果加速了世界高强高模碳纤维性能的提升。进而提出了提高我国高强高模碳纤维的关键技术(例如研制非硅系新油剂,加强各工序的净化度和设备加工精度,强化工艺参数调控精度和加强灵活可变性,分析测试的准确度和测试方法的统一性等)。同时简介了高模量碳纤维的应用领域和前景。     

不同直径的T800级高强中模碳纤维的结构对比

对自制的两种不同直径的T800级高强中模碳纤维(NBF1,NBF2)的结构与性能进行了研究,并与日本东丽公司T800碳纤维进行了比较。结果表明:NBF1,NBF2的直径分别为5. 64,6. 31μm,均高于日本东丽公司T800碳纤维(5. 45μm),截面比日本东丽公司T800碳纤维规整; NBF1,NBF2的拉伸强度分别为5. 58,5. 56 GPa,略高于日本东丽公司T800碳纤维(5. 52 GPa),拉伸模量分别为293,295 GPa,略高于日本东丽公司T800碳纤维(290 GPa),断裂伸长率分别为1. 97%,1. 89%,均高于日本东丽公司T800碳纤维(1. 80%); NBF2的石墨微晶层间距为0. 352 7 nm,显著低于日本东丽公司T800碳纤维(0. 355 5 nm),NBF2具有更高的石墨化程度;碳纤维表面无序化程度越低,其拉伸强度越高。     

文摘

聚丙烯腑基碳纤维高温石墨化综述[刊,中],卢天豪。陆文睛。童元建//高科技纤维与应用,2013,38（3）：46-53．74针对高模量炭纤维制备的关键工艺环节,综述总结了石墨化的基本工艺和石墨化高温处理过程纤维组成、结构的变化以及对最终炭纤维力学性能的影响,以期为我国高强高模炭纤维研发提供借鉴。综述结果表明,一步法石墨化高温处理有利于保持纤维的高强度特性,该工业化技术具有发展潜力：1800℃前后纤维密度为先降后升;随着纤维对石墨晶体结构逐渐完善．层间距减少。模量提高;催化石墨化以及强磁场或射线处理可促使纤维石墨晶体结构的完善,但不易工业化实施：石墨化过程中适施应力是一项保持纤维强度和提高模量的有效措施。     

北京化工大学研发高模高强碳纤维

<正>2015年4月,由北京化工大学承担的北京市科委新材料专项课题"M40J高模高强碳纤维国产化制备技术研发"通过专家验收。M40J高模高强碳纤维是支撑航天技术发展的重要结构材料。该课题突破了国产M40J级高模高强碳纤维石墨微晶叠层厚度的调控、原丝拉伸匹配和预氧化环状结构含量控制等关键技术,形成了原丝和预氧化碳化石墨化的完整制备工艺,能满足卫星结构用碳纤维的基础指     

高模高强碳纤维制备技术有望国产化

<正>2015年4月10日,由北京化工大学承担的北京市科委新材料专项课题"M40J高模高强碳纤维国产化制备技术研发"通过专家验收。M40J高模高强碳纤维是支撑航天技术发展的重要结构材料。该课题突破了国产M40J级高模高强碳纤维石墨微晶叠层厚度的调控、原丝牵伸匹配和预氧化环状结构含量控制等关键技术,形成了原丝和预氧化碳化石墨化的完整制备工艺,能满足卫星结构用碳     

M60J高强高模碳纤维关键制备技术获突破

<正>2018年3月20日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所制备出拉伸强度5.24 GPa、拉伸模量593 GPa的高强高模碳纤维,实现了国产高强高模碳纤维M60J关键制备技术的突破。2016年1月,宁波材料所在国内率先实现国产M55J制备技术重大突破,同年9月进行了制备技术验证,并获得拉伸强度4.15 GPa、拉伸模量585 GPa的高强高模碳扦维。后续研究进一步实现了国产M55J高强高模碳纤维连续稳定生产,纤维主体性能批间批内离散系数<5%。     

宁波材料所成功制备高强高模碳纤维M60J

正近日,宁波材料所在国产高强高模碳纤维关键制备技术方面取得重要进展,制备得到拉伸强度5.24 GPa、拉伸模量593 GPa的高强高模碳纤维,实现国产M60J关键制备技术的突破。高强高模碳纤维具有拉伸模量高、热膨胀系数小、     

碳纤维及其复合材料领域

正北京化工大学:国产M55J级高强高模碳纤维制备取得突破由北京化工大学国家碳纤维工程技术研究中心联合威海拓展纤维有限公司、航天材料及工艺研究所和北京卫星制造厂有限公司承接的科技部863课题"聚丙烯腈碳纤维石墨化关键技术研究"经过三年的协同攻关,攻克纤维制备关键技术、纤维性能表征技术、纤维应用技术和碳纤维高温石墨化设备设计制备技术后,完成了课题任务书要求的全部内容,碳纤维及其复合材料性能指标与进口M55J碳纤维相当。2018年5月8日,科技部高技术中心组织专家组在北京化工大学对课题进行技术验收,专家组认为该课题"自主研发并     

不同直径国产高强中模型碳纤维结构及其轴向压缩强度关系的研究

通过测量与比对东丽T300、T800H碳纤维的压拉比,验证了拉伸回弹法测量高强中模型碳纤维本征压缩强度的可行性。采用该方法测试了五种不同直径国产T800级高强中模型碳纤维的单丝压缩强度,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分别表征其石墨微晶结构及断裂形态。探讨了碳纤维结构与力学强度的关联性。结果表明,当直径的变化有利于提升石墨微晶的基面宽度和取向度时,国家高强中模型碳纤维的轴向抗压性能得到强化,单丝压缩强度可达2. 8 GPa,压拉比为0. 52,显著高于东丽T800H的0. 42。碳纤维/环氧复合材料轴向压缩强度可达1 715 MPa,进一步验证了单丝压缩强度的研究结果。     

碳纤维高温热处理技术进展

从高温热处理技术方面介绍了碳纤维在石墨化过程中微观结构的变化和宏观力学性能的改变。综述了高温、热牵伸、催化、压力、渗碳、外加磁场等条件在碳纤维石墨化过程中的研究与进展,并对高性能石墨纤维的制造技术和研究发展进行了展望。指出优化石墨化条件、创新制造工艺、降低生产成本、进一步提高石墨纤维的性能将成为今后研究的重点和发展方向。     

碳纤维石墨化技术研究进展

碳纤维石墨化可以使其结构趋向于理想石墨结构，拉伸模量大幅提升，因此石墨化碳纤维广泛应用在航空航天等尖端技术领域。本文对比分析了碳纤维石墨化设备优缺点，详细介绍了激光超高温加热等新式石墨化方法及促进石墨化进程的相关工艺，进一步从微观结构层面分析影响力学性能的因素，为高模量碳纤维制备技术的研究提供理论及实践参考。指出目前主流的石墨体间接加热技术由于温度限制阻滞了碳纤维模量的进一步提升，克服高温限制且高效高质量、节能环保的石墨化技术是未来的发展趋势；应从组成碳纤维的分子层面去分析把握碳纤维的结构演变，进而优化控制石墨化工艺及设计相关石墨化设备，不断改善碳纤维石墨化结构，逐步趋向于力学性能的理论值。