国产高性能聚丙烯腈基碳纤维制备技术研究进展

 综述了近年来高性能聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的研究进展,对PAN聚合、原丝制备、预氧化和碳化过程中最为关键的问题进行了总结：（1）聚合工艺对共聚单体在PAN分子链上的分布和溶液的均匀性非常重要。与间歇聚合或半连续聚合工艺相比,连续溶液聚合工艺可以提供更稳定的纺丝溶液,减少聚合过程中微凝胶的产生,并提高PAN原丝乃至碳纤维的均匀性。（2）PAN溶液进行湿法或干湿法纺丝过程中,相分离过程控制对PAN原丝及其碳纤维中微缺陷形成和发展,微缺陷的含量至关重要,并最终影响碳纤维的性能。干燥和牵伸工艺对于优化PAN碳纤维原丝的结晶和取向结构,制备高品质的碳纤维原丝同样起决定作用。（3）预氧化的升温速度、最高预氧化温度和预氧化张力控制对预氧丝的皮芯结构、环化指数及其对后续碳化工序的顺利进行产生重要的影响并影响碳纤维的性能;碳化的最高温度影响PAN基碳纤维的强度和模量。（4）碳纤维的结构与其性能具有直接相关性,中国对相关研究仍然比较缺乏,碳纤维生产技术水平和自主创新能力仍然不足。     

粘胶纤维碳化过程的形态学结构

使用光学和电子显微镜技术研究了纤维在氧化和碳化过程中的形态学结构.结果得出粘胶纤维的直径分布离散率和横截面圆形率显著地影响最终获得之碳纤维的力学性质.研究发现粘胶纤维内部存在大量微孔,表面则有稠密的沟槽,它们在氧化和碳化过程中得以部分地保留.皮芯结构是粘胶纤维形态学结构的另一重要情景.     

碳纤维技术在结构加固工程中的应用

碳纤维加固修复混凝土结构技术是采用配套粘接树脂碳纤维片材粘贴于混凝土表面，使碳纤维片承受拉应力，并与混凝土变形协调，共同受力，碳纤维片极强的抗拉性能对混凝土结构构件进行变形约束，从而达到加固修复结构或使结构体系在短时间内承受超设计荷载的目的。     

PWM变频调速系统在粘胶基碳纤维生产中的应用

本文针对粘胶基碳纤维生产工艺对调速系统的要求设计了碳纤维生产线交流电动机变颠调速系统并分析了该调速系统的性能。由于系统采用具有高频率分辨率的PWM(脉宽调制)变频电源以及恒最大转矩的控制方式,使整个碳纤维生产线能在低速条件下稳定运转。文中对电动机变频调速的机械特性进行了计算和实测,两者结果一致。     

碳纤维表面电镀铜的研究

本文研究了制造金属基复合材料的关键技术之一——碳纤维表面电镀铜的工艺和设备,性能测试结果表明:碳纤维表面电镀铜层均匀、完整、电镀工艺稳定、设备不损伤碳纤维,可满足工业化生产的需要。     

碳纤维(长纤)增强铜基复合材料的研究

本文根据碳纤维的性能特点,研究了连续分级电沉积的工艺,设计并制造了连续三级电沉积曲专用设备,采用连续三级电沉积加真空热压扩散的方法,制备了碳纤维(长纤)增强铜基复合材料,其单轴向抗拉强度可达590MPa。试验表明:上述制备方法,不仅操作温度低,纤维体积比易于调整,纤维排布均匀,可连续作业,成本较低;而且能制备较高性能的碳纤维增强铜基复合材料。     

碳纤维布在建筑结构补强加固中的应用

通过对某商住楼的现场检测、分析 ,针对该建筑存在的结构缺陷和问题 ,介绍了碳纤维布用于混凝土结构强度加固的设计依据及施工工艺     

粘胶基碳纤维原丝结构对碳丝性质的影响——原丝形态结构的影响

用电镜、纤维热机械仪、X光仪对不同来源的粘胶基碳纤维原丝及其碳丝进行了观察和分析。结果表明,原丝形态对所得碳纤维有很大的影响,特别是原丝形态结构的均匀性,如微孔、微裂缝等对碳纤维质量有很大的直接影响。     

芳香含氯聚砜酰胺纤维拉伸工艺的探讨

在湿纺成形过程中,拉伸工艺的选择直接影响纤维结构特征的变化。观察芳香含氯聚砜酰胺纤维结构性能对拉伸倍率和温度的依赖性。实验结果表明,随拉伸倍率的增加,大分子链的取向和结晶呈线性增加。在拉伸过程中结构发生了变化,纤维的强度和分解温度亦相应地提高。拉伸温度对结构性能的影响却有不同的规律。随拉伸温度的升高,取向的变化呈双峰现象,这与在四个温度区域下的纤维超分子结构的变化和链段松弛程度有关。纤维的强度、分解温度与拉伸温度的变化规律与取向的变化趋势相一致。结晶随拉伸温度的升高而增加。     

碳纤维及其复合材料的发展及应用

叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势。     

碳纤维纸的组成优化及其结构表征

气体扩散层用碳纤维纸是质子交换膜燃料电池中十分重要的组件。利用国产碳纤维毡制备了碳纤维纸,研究了短切碳纤维和树脂碳含量对碳纤维纸性能的影响,并采用分形维数的方法表征了碳纤维纸的结构。结果表明,当碳纤维纸中短切碳纤维与树脂碳体积分数比为1∶0.7时,碳纤维纸的力学性能和透气率能够得到很好的兼顾。当短切碳纤维和树脂碳的体积含量总计为25%时,碳纤维纸具有良好的整体性能。分形维数对比结果显示,自制碳纤维纸的微结构与东丽（Toray）碳纤维纸相似。     

基于梁板检测的光纤传感器协同变形研究

光纤传感技术以其良好的耐久性和稳定性被广泛应用于道路工程和桥梁工程的健康监测中。通过对光纤传感技术在桥梁检测中的技术原理、方法优势进行研究,发现由于光纤传感器本身模量突变的原因,采集的信息与结构面的真实信息存在较大差异。因此对检测结构面与光纤传感器之间的协调变形性能的研究成为应用的前提和基础。通过ABAQUS建立变形评价的数值模拟模型,对沥青混凝土梁板结构中应变值与光纤传感器的实测应变比较,得出了光纤光栅应变传感器实测应变的有效性,为光纤传感器应用奠定理论基础。     

铜盐对聚丙烯腈预氧化纤维增强作用的研究

聚丙烯腈预氧化纤维(以下简称PANOF)是碳纤维生产过程中的中间产品,其性能的好坏与最终产品碳纤维的优劣密切相关。本文采用热机械分折(TMA)、热失重分折(TGA)、溶胀差示扫描量热分折(SDSC)、X光电子能谱分折(XPS)等实验方法研究了铜盐对PANOF的增强作用。发现Cu~+与PANOF中未环化的氰基有着强烈的相互作用。经铜盐处理后所制得的PANOF,其强度可增加30％。研究结果表明,PANOF得以增强的原因是由于发生了以Cu~+为中心离子,PANOF作为配位体的络合作用。络合配位键的生成使未环化的氰基得以交联,交联网络的形成使PANOF的强度明显提高。     

铜-碳纤维复合材料热传导性的测试与分析

铜-碳纤维复合材料无论用做结构或功能元件,其热传导系数都是重要的物理性能指标之一。这类复合材料的热传导性能主要取决于其组成中的碳纤维含量与排布方式。由于碳纤维本身物理性能的显著方向性,因此研究其排列方式对热传导性能的影响具有重要的理论与实际意义。本文对几种不同碳纤维排列方式复合材料的导热系数的实测值与理论值进行了比较,证实复合材料在垂直于纤维方向上的导热系数不能简单地用混合法则进行估算。     

液相沉淀法制备碳纤维/二氧化锡复合材料及其相关性质

对碳纤维表面进行修饰,通过低温液相沉淀法制备碳纤维/二氧化锡复合材料。针对这种核壳结构提出成核以及生长模型。研究退火温度以及反应物SnCl2浓度对复合物的结构、形貌以及光学性质的影响。结果显示:随着反应物SnCl2浓度的提高,包覆得到改善。当SnCl2浓度为0.05 mol/L时得到的包覆最好,相应的二氧化锡壳层厚度约为250 nm。样品的荧光光谱表明:具有位于450~700 nm之间,峰值为583 nm的黄光。结合对退火样品的荧光光谱的研究得出宽的黄光发射峰可能归于氧空位。     

高强高模聚乙烯醇纤维的研制

本文报道了不同溶剂条件下PVA的溶解工艺及不同纺丝条件对纤维性能的影响,模索出采用普通分子量的PVA加硼酸用水溶解进行干湿法或湿法纺丝,然后经过多道湿热和干热拉伸制取高强高模量维纶纤维的一种新的工艺条件,所得纤维的强度可达11.35cN/dtex初始模量达363.44cN/dtex,从而能满足其作为产业用途的性能要求。     

STRUCTURE OF THE ANTIMICROBIAL POLYPROPYLENE FIBER

The orientation degree, crystal structure and surface morphology of the antimicrobial polypropylene fiber, modified with ABD2, have been studied. When the content of antimicrobial agent is lower than 1.5%, ABD2 shows little effect on the orientation degree and surface morphology but influences the crystal structure. With increasing the content of ABD2, the antimicrobial fiber is easy to form into α-crystal while the crystallinity changes little and the variation of crystallite size does not follow apparent regularity.     

一种碳纤维分散液的制备及其在固井水泥浆中的应用

碳纤维是一种高性能纤维,能有效改善水泥石的力学性能。为了克服碳纤维在使用过程中不易分散的缺点,对碳纤维分散剂种类、分散剂加量及碳纤维加量进行优选,制备出一种碳纤维分散液,并对该碳纤维分散液在固井水泥浆中的应用效果进行评价,最后对加入碳纤维分散液的水泥石微观形貌进行观察。结果表明：碳纤维分散剂CDA-2能改善碳纤维在水溶液中的分散效果,当加量为0.6%时,形成的碳纤维分散液较稳定;当碳纤维分散液中碳纤维的加量为4%,此时形成的碳纤维分散液稳定性最好且碳纤维加量最优。使用碳纤维分散液配制的固井水泥浆体系与将碳纤维直接加入的固井水泥浆中相比,水泥浆体系常规性能相差不大,但力学性能明显提高,养护3 d后碳纤维分散液水泥石的抗压强度、抗冲击强度、抗折强度比直接加碳纤维水泥石分别提高6.8%、7.6%、10.1%。碳纤维分散液能使碳纤维更好的分散在水泥石中,形成网状结构,通过桥联阻裂、拔出耗能作用增强增韧水泥石。     

甘薯纤维提取工艺及理化特性的研究

对利用甘薯渣提取纤维的工艺以及甘薯纤维的理化特性进行了研究。结果表明 ,采用甘薯渣制糖残渣提取纤维为适宜工艺。对甘薯纤维理化特性的测定表明 ,甘薯纤维是一种优良的食物纤维     

纤维增强MDF水泥的性能

研究了玻璃纤维和碳纤维作为MDF水泥增强材料的可行性及其增强效果，考察了二种纤维的长径比、体积掺量对MDF水泥材料的抗弯强度、断裂韧性、浸水体积膨胀率等性能的影响。研究结果表明，碳纤维和玻璃纤维作为MDF水泥的增强材料均能够显著提高MDF水泥的力学性能和耐水性、玻璃纤维的效果优于碳纤维。纤维增强MDF水泥的微观结构特征是纤维在复合材料中呈三维均匀分布，形成空间网络结构，这是纤维增强MDF水泥的主要原因。