沥青基活性炭纤维的制备、结构及性能

沥青基活性炭纤维因其原料来源广且价格低廉、产品收率高且比表面积大而得以迅速发展。以沥青氧化纤维为原料经不同活化工艺制得沥青基活性炭纤维,讨论了不同活化工艺对活性炭纤维收率、结构及性能的影响     

碳源对碳纳米管形态的影响

以苯和甲苯为碳源,二茂铁为催化剂,含硫化合物为助催化剂,采用浮游催化裂解法制备了碳纳米管,并采用TEM对不同条件下所得碳纳米管进行了形态分析。结果发现,碳源中苯和甲苯的配比对碳纳米管的形态有着重要的影响。以纯苯为碳源时,产物主要为直线型碳纳米管,并存在极少量短的弯曲型碳纳米管。随着碳源中甲苯比例的增加,产物中折线型碳纳米管增加。以纯甲苯为碳源,产物中仍有少量直线型碳纳米管,而不完全是折线型碳纳米管;此外,产物中还发现了极少量分支型碳纳米管。根据所得结果讨论分析了甲苯的加入对碳纳米管形态的影响以及各种碳纳米管的形成机理,认为可能是由于甲苯在催化热解过程中产生的碳种不同于苯催化热解所产生的碳种,造成碳在催化剂颗粒各处浓度不同,从而在碳纳米管的不同部位引入五元环和七元环而形成各种形态的碳纳米管。     

碳纳米管对纳米炭复合纤维结构与性能的影响研究

采用不同方法将多壁碳纳米管(MWNTs)混合于中间相沥青中,利用氮压式单孔纺丝机进行纺丝,经预氧化、碳化后制得了纳米炭复合纤维,对比研究了混合方式对纳米炭复合纤维的结构和性能的影响.研究结果表明,MWNTs的加入最终改变了纤维的微观结构,尤其经浓酸处理后显著提高了纳米炭复合纤维的力学性能.     

苯基硅油集束剂对中间相沥青纤维不熔化过程影响

以中间相沥青为原料,通过熔融纺丝、不熔化和炭化处理得到了中间相沥青炭纤维,利用FTIR和TG-DSC手段研究了沥青纤维的不熔化过程。结果表明,沥青纤维在氧化过程中沥青分子与氧反应形成了耐热的氧桥结构,且反应主要发生在200～350℃。利用DSC、SEM、EDS等手段研究了苯基硅油集束剂对中间相沥青纤维不熔化过程的影响。研究结果表明,集束剂很好地改善了纤维间的静电作用,减少了纤维与导辊间的相互摩擦,有效避免纤维表面产生缺陷。同时集束剂还能够很好地改善沥青纤维的集束性和分纤性,使得纤维排列规整性提高。但是在集束剂作用下,纤维丝束密度过大阻碍了纤维束间的气流流动,减缓了反应过程中的热量释放,易导致热点处纤维的融并。当不熔化温度为290℃、集束剂浓度1%时,炭纤维的抗拉强度为1.36GPa。     

螺旋形碳纤维结构吸波材料的制备及性能研究

用基板法以乙炔为碳源,镍板为催化剂,PCI,为助催化剂,通过化学气相沉积制备了螺旋形碳纤维手性吸收剂,并研究了其在2～18GHz的微波电磁特性：具有较高的介电损耗,电磁参数随频率的增大有减小的趋势,有利于实现宽频吸波。以螺旋形碳纤维作为吸收剂制备了Nomex蜂窝夹芯结构吸波材料,复合材料的厚度为9．5mm时,在3．76～18GHz反射率R小于-10dB,反射率小于-10dB的频宽为14．24GHz;最大吸收峰在10．4GHz,反射率R为-21．62dB。探讨了螺旋形碳纤维的吸波机理,螺旋形碳纤维是一种非常有发展前景的手性吸收剂和吸波材料。     

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。     

螺旋形手征碳纤维的微波介电特性

研究了线圈状和麻花状两种典型螺旋形手征碳纤维以及直线形碳纳米管在8.2-12.4GHz的微波介电特性.螺旋形手征碳纤维通过催化化学气相沉积法制备,直线形碳纳米管用催化裂解浮游法以苯为碳源制备.螺旋形手征碳纤维与石蜡复合体的介电常数的实部(ε′)和虚部(ε″)比直线形碳纳米管与石蜡复合体的小,但线圈状螺旋形碳纤维的介电损耗角正切(tgδ=ε″/ε′)却明显偏大,线圈状和麻花状螺旋形碳纤维的tgδ分别为0.77—0.80和0.47—0.53,直线形碳纳米管的tgδ为0.45-0.77.螺旋形碳纤维与微波作用时的手征特性是导致其tgδ增大的主要原因,螺旋形手征碳纤维对微波的吸收与其自身的形状和尺寸密切相关,所以线圈状螺旋形碳纤维的tgδ比麻花状的大得多,探讨了螺旋形手征碳纤维与微波的作用机理,螺旋形手征碳纤维是一种非常有发展前景的微波吸收材料.     

中间相沥青粒子对PEMFC用碳纤维纸性能的影响

以酚醛树脂和中间相沥青为粘合剂,通过浸渍、模压、碳化过程将一种廉价的国产碳纤维纸原纸改性成为一种质子交换膜燃料电池扩散层使用的碳纤维纸,大大降低了其成本。表征了所得碳纤维纸的主要性能——厚度、密度、孔隙率、透气性、电阻率和拉伸强度。结果表明,中间相沥青粒子不仅能够提高碳纤维纸的导电性和强度,而且不会像石墨粉一样引起孔隙率的极大降低。当中间相沥青粒子含量为15%时,所得碳纤维纸的性能基本满足质子交换膜燃料电池扩散层的使用要求。     

燃料电池电极扩散层电阻率-温度特性

利用聚丙烯腈基(PAN)和沥青基(Pitch)碳纤维制备燃料电池的扩散层,借助XRD考察了不同热处理温度对扩散层电阻率的影响,同时研究了扩散层憎水处理前后电阻率与温度的特性,并对电阻率-温度曲线进行了线性回归分析。实验结果表明随着热处理温度的升高,PAN及Pitch基扩散层电阻率分别从0.021赘·cm,0.050赘·cm降低到0.012赘·cm,0.018赘·cm,d002减小,Lc变大。憎水处理前后的扩散层电阻率具有线性NTC效应。     

树脂基碳纤维复合材料概况及进展

本文概述了树脂基复合材料的发展过程和制备工艺,阐明了碳纤维和树脂的结构性能对复合材料性能的影响,以引起对原材料研究和开发的重视;同时着重介绍了美、日、西欧等国的研究开发动向;还阐述了树脂基碳纤维复合材料在材料科学领域的地位、对国民经济发展产生的深远影响及巨大的经济和社会效益。