聚丙烯腈基碳纤维电化学改性研究现状与展望

综合论述了聚丙烯腈基(PAN)碳纤维电化学表面改性处理研究的发展现状,对比分析了碳纤维电化学改性处理法的研究内容及表征手段,指出了存在的问题,并展望了碳纤维表面电化学改性处理的研究前景.在碳纤维改性工艺参数的研究工作中,为了使实验结果有可比性,迫切需要一套标准来规范实验条件及性能表征方法,而为了更好地体现碳纤维复合材料的性能优势,仍需不断探索和研究碳纤维的电化学改性机理.为使复合材料的性能更好地达到应用要求,有必要提出碳纤维表面改性模型及界面理论.     

聚丙烯腈基碳纤维电化学改性机理研究

以NH4HCO3为电解质对碳纤维和石墨纤维进行电化学改性处理,通过SEM、WAXD、XPS对比分析了电化学改性对碳纤维和石墨纤维表面及本体结构的影响.结果表明电化学处理使碳纤维表面破坏严重,轴向沟槽消失,呈现出粗糙不平的表面,石墨纤维表面的轴向沟槽加深.电化学处理后二者的本体结构没有改变.从纤维内部结构分析了碳纤维电化学改性机理,杂原子的存在使碳纤维表面更易氧化刻蚀.     

钴/氧化镁催化体系升温速率对单壁碳纳米管管径的调节作用

以钴(Co)、氧化镁(MgO)作催化剂和催化剂载体,采用化学气相沉积(CVD)法催化裂解甲烷气体制备单壁碳纳米管(SWNTs)。利用拉曼光谱、紫外-红外-近红外吸收光谱、透射电子显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对样品进行表征。结果表明,在Co/MgO催化体系下,通过改变升温速率可以调节产物中粗细管径(0.8～1.4nm)SWNTs的相对含量;同时还证实了在不同的升温速率下所得到MgO基体的晶体结构是相同的。     

新型碳纤维复合芯铝合金导线的特性研究

采用拉挤成型工艺制备了碳纤维增强环氧树脂复合材料导线芯,在外部绞合铝绞线制备成导线.并对线芯的密度和拉伸强度以及导线的应力应变曲线和弧垂等性能做了研究.结果表明,碳纤维复合芯的密度仅为1.60g/mm~3,断裂强度高达2874MPa,大大超过普通钢芯;由于在拉伸过程中复合芯只表现出弹性变化,而铝绞线要发生弹塑性变形,使导线的应力应变曲线上存在斜率的突然变化;线芯的热膨胀系数比铝绞线要小的多,使在温度升高到一定值时导线的弧垂基本不再增加,从而允许导线在更高的温度下使用.现场应用情况表明,新型导线完全可以取代传统钢芯导线,改造输电线路.     

不同表面除胶工艺对碳纤维本体结构和表面结构的影响

采用丙酮浸泡、瞬时高温处理及氮气保护下高温处理3种工艺对碳纤维表面进行除胶处理,利用场发射扫描(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(LRS)等分析测试手段对不同除胶工艺处理的碳纤维性能进行了对比分析。结果表明,3种除胶工艺都不会破坏碳纤维的本体结构,但对碳纤维表面上浆剂的去除具有不同的效果。丙酮浸泡工艺效果不明显,瞬时高温处理在除胶的同时会破坏碳纤维的表面结构。氮气保护下高温处理工艺的设计避免了上浆剂高温裂解产物的残留,防止了碳纤维高温条件下表面性能的破坏,除胶效果最好。