激光石墨化沥青基碳纤维的力学性能研究

为提升沥青基碳纤维的力学性能,采用自制的激光超高温石墨化装置对中间相沥青基碳纤维进行石墨化处理。通过改变实验过程中的激光功率、牵伸力及碳纤维直径等3个因素制备了多组样品,研究了沥青基碳纤维拉伸强度随温度的变化规律,并分析了石墨化过程中牵伸力及碳纤维直径对其力学性能的影响。结果表明：沥青基碳纤维石墨化能承受的最大激光功率为360 W,对应的温度约为3 050℃,在此条件下处理得到的碳纤维拉伸强度由1.0 GPa提升至2.5 GPa;在碳纤维的承受范围内,其力学性能随着温度、牵伸力的增加而提高;直径较小的碳纤维力学性能提升更大。     

各向同性沥青改性的中间相沥青纤维预氧化研究

以各向同性沥青改性的中间相沥青为原料,经熔融纺丝、氧化及碳化处理得到沥青基碳纤维,重点研究了原丝的氧化行为.偏光显微镜研究表明,混合沥青为两相不相容共混物,中间相沥青为连续相,各向同性沥青为分散相.氧化过程中,沥青的脂肪氢和芳氢被脱除,主要生成羰基,醚键.随着氧化时间的延长,纤维中含氧量逐渐提高.当氧化时间较短时,纤维氧化不足,碳纤维芯部出现孔洞,微观组织呈现大片层结构.随着氧化程度逐渐提高,截面孔洞逐渐减小并最终消失,同时,碳纤维的强度显著提高;但是当原丝过度氧化时,碳纤维强度反而下降.     

碳纤维在聚乙烯复合材料中的作用

作者将沥青基碳纤维作为增强纤维以不同比例(0～25％)加入到聚乙烯树脂中制成复合材料,并研究了这些复合材料的力学性能、电学性能及耐热性的变化规律。结果表明:碳纤维有显著的增强作用。随碳纤维比例的增大,该复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量及热变形温度均呈上升态势;而缺口冲击强度及击穿电压呈下降态势。碳纤维增强的结果将使该复合材料比聚乙烯有更宽的使用范围。     

关于高性能碳纤维发展及应用的思考

碳纤维是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下，以碳化方法制得的含碳量在90％以上的纤维状碳素材料。碳纤维是高性能纤维中具有最高比强度和最高比模量的纤维（强度高于钢铁材料10倍，重量仅有铝材的1／2），除具有优异的力学性能外，还兼具低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高、电磁屏蔽性好等诸多优良性能，因而成为先进复合材料中最重要的增强材料，在国防军工和国民经济中具有举足轻重的战略地位。     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究：Ⅶ.碳纤维单…

研究了不同处理的碳纤维单丝在环氧树脂基栖中拉伸时的现象及界面剪切强度。拉伸时发现，氧等离子处理纤维的界面附近会出现明显的光弹现象，未处理纤维没有明显的单弹现象，而接枝纤维只在界面上有较弱的光弹线。由拉伸一纤维的平均断裂长度得知，氧等离子处理碳纤维界面结合强度已超过了基体树脂的自身强度，因而产生许多垂直于纤维轴向的裂缝。接枝纤维的界面结合强度，在拉伸时虽然也超过了基体树脂的自身强度，但并不产生垂直于     

由碳纤维看新材料对新技术的引导

1碳纤维的结构与性能 碳纤维是指碳质量分数在90％～95％之间的无机高分子纤维,是一种新型非金属材料,具有耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、强度高、纤维密度低等特点。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷、混凝土等基体复合,构成复合材料,用作航空航天、汽车、体育器械、纺织、化丁机械及医学等领域的结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料的比强度、比模量综合指标,在现有结构材料中是最高的。在强度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域,以及在要求化学稳定性高的场合,碳纤维复合材料都颇具优势。     

炭化气流诱导效应对聚丙烯腈基碳纤维微观结构和力学性能的影响

采用广角X射线衍射(WAXD)、气相色谱(GC)、元素分析(EA)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段定量分析了炭化气流诱导效应对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维聚集态结构及力学性能的影响。结果表明,PAN基碳纤维密度与炭化气流具有显著关联性,逆向气流可有效提高纤维密度,改善致密性;PAN基碳纤维的晶区含量同时取决于晶粒的大小和数量,逆向炭化气流有利于小晶粒的形成和晶区含量的提高,并对孔隙的形成具有抑制作用。保持炭化逆向气流比为3时,所得PAN基碳纤维的微晶尺寸(1.52nm)较小,晶区含量(35.2%)最高,孔隙率(16.2%)较低,此时拉伸强度(4.03GPa)最高,比正向气流条件下制备的PAN基碳纤维的拉伸强度提升了35.7%。     

一步活化法制备过程中H2O蒸气对聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACFs)结构性能的影响

以Courtaulds纤维为原料,采用连续化碳纤维生产线制备出稳定的预氧纤维,通过连续化活化炉进行预碳化和水蒸气物理一步活化,制备出具有高吸附性能和高拉伸强度的聚丙烯腈基活性碳纤维（PAN-ACFs）丝束。借助比表面积（BET）、广角X射线衍射（WAXD）、力学性能和碘吸附等表征测试手段研究了水蒸气量对PAN-ACFs孔结构及力学性能的影响。结果表明：在适当的活化时间、活化温度下,逐步增加水蒸气的流量,活性碳纤维的吸附能力先快速增大,而后稳定,最后再缓慢地增加;纤维的拉伸强度呈现出先增大后减小的变化趋势;当水蒸气流量为1g/min,起始的温度为650℃,高温区为850℃,活化时间为20min时,所制备的PAN-ACFs具有相对较高的吸附性能、力学性能和碳化收率。     

碳纤维骨架石墨烯导电导热薄膜的制备及表征

在对碳纤维进行除浆和预氧化的基础上,将其与中间相沥青甲苯溶液混合,通过抽滤法制备碳纤维薄膜骨架,二次抽滤氧化石墨烯填充到碳骨架之间,经热处理后制得具有三维网络结构的自支撑G-CF-MP复合薄膜.探索和分析了不同碳化和石墨化温度对薄膜材料形貌、导电性以及导热性能的影响.通过结构表征发现,碳纤维之间相互搭建构成高机械性能的碳骨架,碳纤维表面以及纤维之间的空隙被石墨烯均匀地包覆和填充,中间相沥青在达到软化点后呈现出流动性和黏性,充分润湿碳纤维与石墨烯之间的间隙,3种碳材料协同作用,从而获得了高机械强度以及高导电性的G-CF-MP复合薄膜材料.导电性测试发现,石墨化处理可以有效提高材料的导电性,G-CF-MP复合薄膜在经过900℃碳化后的方阻为2.853Ω/sq,经过石墨化处理后的方阻降低为0.229Ω/sq.经过导热性能测试,G-CF-MP(900℃)的热导率为475.2 W/(m·K),G-CF-MP(2 300℃)的热导率为532.8 W/(m·K).     

基于玄武岩纤维沥青混合料路用性能研究

现阶段随着交通量及重轴载车辆的日益增加,我国沥青路面的使用寿命逐渐缩短.因此,改善道路的路用性能和使用周期是我们道路工作者研究的重点.玄武岩纤维与常规纤维相比具有韧性好、强度高、密度大、物理化学性质稳定、与沥青混合料具有很好的相容性等优点.通过对掺入0.3%玄武岩纤维的沥青混合料路用性能研究,得出玄武岩纤维的掺入对沥青混合料的高温稳定性、抗水毁性能、低温开裂等性能得到了改善;掺入玄武岩纤维的沥青混合料动稳定度提高1.30倍,残留稳定度提高了1.05倍,冻融劈裂强度比提高了1.05倍.     

氧化处理的炭纤维表面性能

用反相色谱法、电子天平法和ESCA对氧化前后炭纤维的表面性能作了研究。以炭纤维为固定相,正烷烃作探针分子进行了反相色谱实验,求得了炭纤维的吸附等温线。等温线属BrunauerⅡ型,比表面积因氧化而增大。用电子天平法,以正烷烃-甲酰胺-炭纤维体系间接地求得了炭纤维的表面自由能及其分量。表面自由能的极性分量因氧化处理而增大。ESCA的结果表明,经氧化处理后炭纤维表面的[O]/[C]比增大,但氧化影响仅限于表面,而对距表面5nm以下没有影响。     

碳纤维增强镁合金层合板拉伸性能和层间断裂韧性

玻璃纤维增强铝金属层合板,已广泛应用于航空、航天等领域。现采用密度更小的镁合金板取代铝合金板,并用抗拉强度更高、弹性模量更大的碳纤维来代替玻璃纤维,会得到一种新型的复合材料——碳纤维增强镁合金层合板。通过对不同纤维/树脂复合材料体积比的碳纤维增强镁合金层合板进行拉伸以及单悬臂梁试验,分别得到其强度、刚度及界面断裂韧性等机械性能。并与工程实际中广泛使用的玻璃纤维增强铝合金层合板进行比较。结果表明,碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高的比强度、比刚度以及界面断裂韧性。碳纤维增强镁合金层合板是一种非常有前途的新型复合材料。     

原子吸收分光光度法测定碳纤维中钾钠钙镁元素含量

碳纤维中的钾、钠、钙、镁元素的含量可用原子吸收分光光度法来测定。本文对酸性介质浓度以及干扰离子对测定结果的影响作了探讨,测定并比较了纯化处理前后的粘胶碳纤维以及几种不同纺丝法的聚丙烯腈原丝制成的碳纤维中钾、钠、钙、镁元素的含量。实验结果表明该法是一种快速、简便、准确、有效的方法。     

抗静电碳纤维复合材料的研制

研究了不同组份的碳纤维－聚氯乙复合材料的导电性，结果表明，该复合材料电阻率与碳纤维的含量及其的长度有关，研制出通用型沥青碳纤维－聚氯乙烯彩色塑料地板，该地板具有较好的抗静电及耐磨性能。     

添加剂对铝用碳素阳极消耗的影响

铝电解生产中,碳素阳极两组分(石油焦和沥青结焦)的活性差异带来阳极的选择性氧化,是造成碳素阳极过量消耗的主要原因之一．基于阳极中杂质或添加剂对阳极活性产生的影响,作者采用分别测定石油焦和沥青结焦与CO2反应活性的实验方法,研究了AlF3及其它5种添加剂(分别用A,B,C,AlF3+C,AlF3+D代替)对二者活性的影响．结果表明,添加剂C提高了沥青结焦和石油焦的CO2反应活性;添加剂AlF3,A,B,A1F3+C及AlF3+D均可不同程度地降低沥青结焦和石油焦的CO2反应活性,并且使沥青结焦与石油焦的CO2反应活性差距缩小,使得有可能在碳阳极中采用适宜添加剂,减缓其选择性氧化,降低阳极碳耗．     

采用石油液化气进行钢液脱氧

在实验室利用石油液化气对钢中氧进行去除。研究结果表明：利用石油液化气对钢液脱氧是可行的,配合 VD 真空冶炼,可用于生产高碳、高质量洁净钢。钢液脱氧时,通入氩气和液化气两者的混合气体的脱氧效果优于单纯通入单一气体,钢中氧含量下降更明显,碳含量增加幅度更低。混合气体对钢液脱氧操作8 min 后,钢中脱氧减慢,氧含量下降不明显。钢液脱氧的起始阶段,钢中碳含量增加较为缓慢,当钢中氧含量降低到一定水平后,钢中碳含量迅速增加。通入氩气,加强了钢液搅拌,在一定程度上抑制钢中氢含量的增加速度,促进了钢中氢的去除。     

碳纤维织物增强水泥基复合材料试验研究

采用轴向拉伸试验研究了碳纤维织物增强水泥基复合材料(TRC)的静力力学性能,试验工况考虑了配网率、短切钢纤维以及碳纤维织物上的预拉力3个因素.试验结果表明:没有掺加短切钢纤维的薄板,随着配网率的增加,碳纤维织物利用率降低,试验过程中纤维层与水泥基层逐渐分离,最终薄板发生剥离破坏;对碳纤维织物施加预拉力能使薄板的开裂应力提高,从而提高TRC构件的正常使用寿命;在薄板中掺入短切钢纤维有助于提高其界面性能,进而使薄板抗拉强度、极限应变均得以提高;与施加预拉力相比,掺入短切钢纤维对薄板力学性能的改善更加显著;对碳纤维织物施加预拉力的同时在薄板中掺入1%的短切钢纤维可显著提高碳纤维的利用率,薄板破坏时碳纤维被完全拉断.     

Effect of Post Spinning Modification on the PAN Precursors and Resulting Carbon Fibres

The impregnation of a special grade polyacrylonitrile(PAN) precursor fibres was carried out in a 8 wt.% KMnO4 aqueous solution to obtain modified PAN precusor fibres.The focus is primarily on the effects of modification on the structure and the pbysical properties of precursor fibres,thermal stabilised and their resulting carbon fibres,which were characterized by the combination use of densities,wide-angle X-ray diffraction(WAXD),X-ray photoelectron spectroscopy(XPS),Elemental analysis(EA),Fourier transform infrared(FT-IR) and seaming electron microscope(SEM),etc.KMnO4 as a strong oxidizer can swell,oxidize and corrode the skin of a precursor ibre,transform partly C≡N groups to C=N ones,decrease the crystal size,increase the orientation index,increase the crystallinity irdex,furthemore ircrease the densities of modified PAN precursors and resulting thermal stabilised fibres.As a result,the carbon fibres dcveloped from modified PAN fibres show,an improvment in tensile strength of 31.25% and an improvement in elongation of 77.78%,but a decrease of 16.52% in Young's modulus.     

生焦粉性能对无粘结剂炭材料工艺和性能的影响

研究了在相同的工作制度下 ,生焦粉的热物理性质 ,机械化学处理后的主要特征 (粒径、比表面 )。结果表明 ,在所选用的生焦粉中 ,荆门生焦更利于制备优质的无粘结剂碳材料。     

THE STRUCTURES OF SOME MESOPHASE PITCH-BASED CARBON FIBRES

The macro-and micro-structure of two groups(high modulus and high thermalconductivity)of MP-based carbon fibres were studied using X-ray diffraction,and both scanningand transmission electron microscopy.The dominant macrostructure in cross section is of foldedpseudo-radial layers which have a tendency to form a quasi-uniform domain as the fibre modulusincreases.It is found that high thermal conductivity fibres have both missimg sector and circularcross sections(possessed predominantly by the high modulus fibre group).The microstructuralstudy indicates that apart from the fibre C700,which has a three-dimensional graphite structure,these two groups of carbon fibres all exhibit a turbostratic stacking order.Furthermore it is foundthat the turbostratic stacking thickness as determined from dark-field measurement is much largerthan the classical crystallite thickness L_c as measured from X-ray diffraction.