纳米石墨粉改善定形相变复合纤维膜的储热和放热速率EI北大核心CSCD

采用静电纺丝法制备了负载不同含量纳米石墨粉(NG)的聚丙烯腈(PAN)基复合纤维膜作为支撑材料,以癸酸-月桂酸-肉豆蔻酸(CA-LA-MA)三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CA-LA-MA/PAN/NG定形相变复合纤维膜。分别采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪和传热测试装置对定形相变复合纤维膜的化学性能、形貌结构、储热性能、热能储存和释放速率进行深入分析。研究结果表明,CA-LA-MA三元低共熔物成功地被吸附到PAN基复合纤维膜中。制备的定形相变复合纤维膜的相变融化温度约为19℃,相变焓值约为114～131kJ/kg。由于添加了具有高导热系数的NG使定形相变复合纤维膜的热能储存和释放效率明显提高了43%和42%。     

纳米石墨粉改善定形相变复合纤维膜的储热和放热速率

采用静电纺丝法制备了负载不同含量纳米石墨粉(NG)的聚丙烯腈(PAN)基复合纤维膜作为支撑材料,以癸酸-月桂酸-肉豆蔻酸(CA-LA-MA)三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CA-LA-MA/PAN/NG定形相变复合纤维膜。分别采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪和传热测试装置对定形相变复合纤维膜的化学性能、形貌结构、储热性能、热能储存和释放速率进行深入分析。研究结果表明,CA-LA-MA三元低共熔物成功地被吸附到PAN基复合纤维膜中。制备的定形相变复合纤维膜的相变融化温度约为19℃,相变焓值约为114～131kJ/kg。由于添加了具有高导热系数的NG使定形相变复合纤维膜的热能储存和释放效率明显提高了43%和42%。     

聚丙烯腈与改性酶解木质素共混纤维的制备与性能

以丙烯腈(AN)为共聚单体,对酶解木质素(EHL)进行接枝共聚改性,得到了改性酶解木质素(PAN-g-EHL),随后将PAN-g-EHL与聚丙烯腈(PAN)共混制备出PAN/PAN-g-EHL共混纤维。对纤维样品进行了结构与性能表征,并与纯PAN纤维和PAN/EHL共混纤维进行对比。结果表明,聚丙烯腈成功接枝到酶解木质素上,PAN/PAN-g-EHL共混纤维在升温过程中,其放热峰形变宽变弱,放热焓下降。PAN/PAN-g-EHL共混纤维的力学性能与纯PAN纤维相差不大,相容性得到较大改善,吸湿性也得到明显提高。而PAN/EHL共混纤维的力学性能较纯PAN纤维有明显下降,二者之间相容性较差,纤维存在大量的孔洞缺陷。     

CA-LA-MA-PA-SA/PAN/MWNTs-COOH相变复合纤维膜的结构与热性能

以脂肪酸五元低共熔物(CA-LA-MA-PA-SA)为固-液相变材料,以聚丙烯腈/羧基化多壁碳纳米管(PAN/MWNTs-COOH)复合纤维膜为支撑载体,其中PAN/MWNTs-COOH的质量比例为95/5和90/10,通过物理吸附法制备CA-LA-MA-PA-SA/PAN/MWNTs-COOH定形相变复合纤维膜。系统分析了复合纤维膜的形态结构、相变温度和焓值、储放热速率。SEM观察结果表明CA-LAMA-PA-SA五元低共熔物被成功地吸附到静电纺PAN/MWNTs-COOH复合纤维膜的多孔网络结构中。DSC测试结果表明制备的纤维膜的相变融化温度和焓值约为19℃和121～129kJ/kg。传热测试结果表明添加MWNTs-COOH后复合纤维膜的储热和放热效率得到显著提高。     

沉积Ag纳米层改善定型相变复合纤维膜的传热性能

以癸酸(CA)、月桂酸(LA)和肉豆蔻酸(MA)为原料制备了新型的脂肪酸三元低共熔物(CA-LA-MA),并将其作为固-液相变材料,以沉积2 h银(Ag)纳米颗粒的静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜为支撑材料,通过物理吸附法制备了新型的CA-LA-MA/PAN和CA-LA-MA/PAN/Ag定型相变复合纤维膜。研究了磁控溅射Ag纳米层对定型相变复合纤维传热性能的影响。结果表明,沉积Ag纳米层后定型相变复合纤维膜的储热和放热时间分别缩短了31%和25%。制备的CA-LA-MA/PAN/Ag定型相变复合纤维膜的融化温度和结晶温度分别为19.87℃和11.63℃,融化焓值和结晶焓值分别为123.1 kJ/kg和121.5 kJ/kg。     

纳米碳化硅改善CPS/PAN相变复合纤维膜的传热速率

以不同质量比例的聚丙烯腈/纳米碳化硅(PAN/SiC)复合纤维膜为支撑材料,以癸酸-棕榈酸-硬脂酸(CPS)三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和传热测试装置研究不同含量纳米SiC对定形相变复合纤维膜的形貌特征、储热性能、热能储存和释放速率的影响。SEM图像显示负载不同含量纳米SiC对CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜的形貌结构没有显著影响。DSC测试结果表明随着支撑纤维膜中SiC颗粒含量的增加,定形相变复合纤维膜的相变温度和相变焓值没有明显变化。根据传热测试数据显示随着纳米SiC含量的增加,定形相变复合纤维膜的融化与结晶时间显著缩短了约20%~46%。     

负载纳米银颗粒增强CA-MA/PAN复合相变纤维膜的传热性能

以银纳米颗粒作为传热增强材料制备新型的静电纺聚丙烯腈/纳米银(PAN/Ag-NPs复合纳米纤维支撑膜,以癸酸-肉豆蔻酸(CA-MA)二元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CA-MA/PAN/Ag-NPs复合定形相变纤维膜。扫描电子显微镜图像观察显示CA-MA被成功地吸附到静电纺PAN/Ag-NPs复合纤维膜的孔隙网络结构中。DSC测试结果表明添加Ag-NPs对复合纤维膜的储热性能没有显著影响,其相变温度约为10～31℃之间,相变焓值约为131～147kJ/kg。此外,添加10wt.%Ag-NPs后CA-MA/PAN复合纤维膜的储热和放热时间分别缩短了约47%和49%。     

湿法纺丝制备聚丙烯腈/氧化石墨烯复合纤维及其抗紫外性能研究

将氧化石墨烯(GO)添加到溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中制备不同GO含量的纺丝液,利用湿法纺丝技术制备聚丙烯腈/氧化石墨烯(PAN/GO)复合纤维,得到的复合纤维进行致密化及热定型处理;再进行力学性能、抗紫外性能测试。结果表明:制备的PAN/GO复合纤维平均拉伸断裂强度在2.0cN/dtex以上,能够满足织造要求。和纯PAN纤维织物相比,PAN/GO复合纤维织物抗紫外性能测试结果显示,其紫外线防护因子值(UPF值)在89~108范围内,属于50+级别,表明复合织物对紫外线具有优异的屏蔽效果。     

电纺制备聚丙烯腈/聚偏氟乙烯复合纤维膜及其空气过滤性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为芯层,聚丙烯腈(PAN)为皮层,通过同轴法静电纺丝技术制备PAN/PVDF纳米复合纤维膜。通过向纤维膜的皮层中加入纳米硅粉、气相白炭黑、硅溶胶三种不同的纳米粒子和改变皮芯层溶液挤出速度对PAN/PVDF纳米纤维膜进行结构优化。同时,采用BET、SEM、水接触角、纤维强度仪等对纤维膜的孔结构参数、表面形貌、亲水性、力学性能等进行研究。结果表明:在皮层中加入硅溶胶后的溶液导电能力达到32.90 μL/cm,PAN/PVDF纤维膜力学性能最好,纵向断裂强度达到13.02 MPa。含有硅溶胶的口罩布的品质因子达到0.0236,远大于纯聚丙烯(PP)无纺布的品质因子(0.0127),过滤性显著提高。      

MES/PET定型相变复合纤维的形貌结构及性能分析

通过制备硬脂酸甲酯/聚对苯二甲酸乙二酯(MES/PET)定型相变复合纤维,研究了MES固-液相变材料和PET支撑材料在定型相变复合纤维中的分布结构。结果表明在静电纺丝过程中MES组分作为分散相被随机地分散在PET纤维基体的连续相中,其在PET纤维中的最大负载量为50wt.%;复合纤维中的MES分子与PET分子之间没有发生化学反应,二者具有良好的相容性;MES/PET定型相变复合纤维的融化和结晶温度分别为39.84℃和27.96℃,融化和结晶焓值达到90.43kJ/kg和88.03kJ/kg;由于PET基体比MES分子具有更好的热稳定性,将PET纤维作为MES固液相变材料的支撑材料,有利于改善定型相变复合纤维的热稳定性;随着MES含量的增加,定型相变复合纤维膜呈现脆性断裂特征,其拉伸断裂强度增加。     

氮气中环化热处理对聚丙烯腈纤维不熔化的影响

在聚丙烯腈(PAN)纤维不熔化过程中,由于受到热作用,分子链沿纤维轴向发生热收缩,分子解取向.在不熔化过程中抑制纤维的收缩,使分子保持较高的取向度,有利于得到具有较高微晶取向度的碳纤维.研究了聚丙烯腈纤维在氮气气氛下热处理后的化学结构变化,考察了氮气处理对纤维热收缩性的抑制.     

Carbon aerogel composites prepared by ambient drying and using oxidized polyacrylonitrile fibers as reinforcements

Carbon fiber-reinforced carbon aerogel composites (C/CAs) for thermal insulators were prepared by copyrolysis of resorcinol-formaldehyde (RF) aerogels reinforced by oxidized polyacrylonitrile (PAN) fiber felts. The RF aerogel composites were obtained by impregnating PAN fiber felts with RF sols, then aging, ethanol exchanging, and drying at ambient pressure. Upon carbonization, the PAN fibers shrink with the RF aerogels, thus reducing the difference of shrinkage rates between the fiber reinforcements and the aerogel matrices, and resulting in C/CAs without any obvious cracks. The three point bend strength of the C/CAs is 7.1 ± 1.7 MPa, and the thermal conductivity is 0.328 W m(-1) K(-1) at 300 °C in air. These composites can be used as high-temperature thermal insulators (in inert atmospheres or vacuum) or supports for phase change materials in thermal protection system.     

正癸酸-月桂酸-硬脂酸三元低共熔体系/膨胀石墨复合相变材料的制备与表征

将正癸酸(DA)、月桂酸(LA)和硬脂酸(SA)熔融共混制备了三元体系相变材料(DA-LA-SA),以DA-LA-SA为相变材料,膨胀石墨(EG)为载体材料,用熔融共混法制备不同DA-LA-SA含量的三元低共熔脂肪酸/膨胀石墨复合相变材料(DA-LASA/EG-PCMs)。采用FT-IR、XRD、SEM、TGA和DSC对其组成成分、晶体结构、微观形貌、相变温度和相变焓进行表征。结果表明,当DA、LA和SA的质量配比为1∶8∶1时,DA-LA-SA具有较低的相变温度和较高的相变焓;EG由大量的微孔构成,通过微孔束缚和表面吸附与DA-LA-SA物理结合,具有良好的稳定性;EG质量分数为10%时,所制备的DA-LA-SA/EG-PCMs三元相变体系复合相变材料的相变温度为38.6℃,相变焓为123J/g,导热系数为3.572 1 W·(m·K)-1,分散均匀,颗粒粒径较小,具有优良的热性能和稳定性。     

DSC Study on the Polyacrylonitrile Precursors for Carbon Fibers

Different polyacrylonitrile (PAN) precursor fibers that displayed various thermal properties were studied by using differential scanning calorimetry (DSC). Results showed that some commercial PAN precursor fibers displayed double separated peaks and these fibers were of high quality because of their process stability during their conversion to carbon fibers of high performance. Some fabrication processes, such as spinning, drawing, could not apparently change the DSC features of a PAN precursor fiber. It was concluded that the thermal properties of a PAN precursor fiber was mainly determined from its comonomer content type and compositions.     

腈纶接枝豆汁中蛋白质的改性条件

腈纶接枝大豆蛋白质是腈纶差别化改性的重要方法,其对改进腈纶的结构性能,增加纤维的附加价值和提高经济效益都有重要作用。文中研究了在豆汁中直接对腈纶实施蛋白质接枝改性工艺条件对接枝效率的影响,结果表明:当纤维与豆汁溶液的比例为1∶20、10%NaOH溶液加入量为0.6 mL、接枝温度为80℃、接枝时间为3 min时,能够获得较好的接枝率。红外分析与电镜形貌观察表明,用豆汁直接对腈纶实施蛋白质接枝改性,能够获得明显的蛋白质接枝改性效果。     

腈纶表面接枝蛋白质改性纤维的结构与性能

腈纶经过表面水解、酰氯化和接枝反应等过程在表面接枝上大豆蛋白质,制成了蛋白质接枝改性腈纶。对其进行物理力学性能分析、红外分析和电子显微镜形貌观察表明:改性腈纶在表面接枝蛋白质的效果明显,其表面完全覆盖上了完整致密的蛋白质表面膜层;X射线衍射分析表明,蛋白质接枝改性腈纶的超分子结构与普通腈纶相比并没有发生大的变化,基本保持了原有腈纶的高序态和低序态共存的结构特征。     

Changes of polyacrylonitrile fiber fine structure during thermal stabilization

In this article regularities of length changes of polyacrylonitrile (PAN) fiber, as well as its structure transformation into the structure of thermally stabilized fiber, have been studied in detail. The fiber has been manufactured with the use of dimethyl sulfoxide (PAN¹) and dimethyl formamide (PAN²), with methylacrilate content of 5% (mass). Thermal stabilization has been carried out under isothermal conditions at 245, 255 and 265, 275, 285 and 290 °C in atmospheric air at constant load of 0.6 g/tex. By X-ray structural analysis it has been shown that the structure of PAN fiber crystal component is depicted by two kinds of coherent-scattering regions (CSR), differing in the average size by an order of magnitude. Phase transition of PAN into the new highly dispersed phase is accompanied by dispersion of PAN larger CSR. Qualitative and quantitative regularities of fine structure evolution have been determined at thermal treatment in the indicated temperature range. It has been shown that the transition of PAN¹ fiber into the new two-phase state during thermal stabilization progressed more actively than the same process in PAN², by ~25%. Increase of thermal treatment temperature leads to significant acceleration of PAN crystal phase dispersion and formation on the new highly dispersed phase. At that instance, average sizes of CSR of highly dispersed components of thermally stabilized fiber equal ~1 nm at the end of the process, when aromatization index of the material amounts to 51–58%.     

癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨蓄能复合相变材料的制备与热性能研究

癸酸、棕榈酸、硬脂酸形成的三元低共熔物与膨胀石墨通过真空浸渍法制备出新型癸酸-棕榈酸-硬脂酸/膨胀石墨储能复合相变材料,适宜的质量比为m(癸酸)∶m(棕榈酸)∶m(硬脂酸)=77.0∶11.5∶11.5,m(癸酸-棕榈酸-硬脂酸)∶m(膨胀石墨)=13∶1。采用DSC、FT-IR、TG、SEM、冷热循环实验和蓄/放热实验研究了材料的结构和热性能。SEM和FT-IR分析结果表明低共熔物与膨胀石墨是通过物理吸附方式结合。DSC结果表明复合材料融化和凝固时的相变温度为28.93℃和16.32℃,相变潜热为137.38J/g和141.51J/g。TG结果表明复合相变材料在100℃以下具有良好的热稳定性。500次热循环和蓄/放热实验表明循环前后复合相变材料的热可靠性好,且使用寿命长。膨胀石墨的添加改善了复合材料的热性能和热导率。研究表明制备的新型复合相变材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热和热导率,热性能稳定可靠,可用于低温蓄能领域。     

有机改性蒙脱土基复合相变材料的制备及相变动力学分析

以癸酸(CA)、肉豆蔻酸(MA)、硬脂酸(SA)三元低共熔物为相变材料,有机改性蒙脱土(OMMT)为层状封装材料,采用熔融浸渗法制备 CA-MA-SA/OMMT 复合相变材料,相变材料和层状材料的最佳质量比 m(CA-MA-SA)∶m(OMMT)=7∶3。采用 X 射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和差示扫描量热分析(DSC)对复合相变材料的结构、性能进行表征。结果表明：三元脂肪酸低共熔物被有效封装在改性后的蒙脱土层间,复合相变材料的相变温度为20.14℃,相变潜热为89.14 J·g-1。相变动力学分析结果,复合相变材料的相变反应级数为1.18,活化能为14.22 kJ·mol-1。活化能说明低共熔物与蒙脱土之间是嵌合关系,不是化学吸附。