长炭纤维网对PEMFC用炭纸性能的影响

向炭纸初坯中引入长炭纤维网,以改性酚醛树脂为黏合剂对炭纸坯体进行浸渍,经模压固化、炭化和石墨化工艺制得质子交换膜燃料电池(PEMFC)用炭纸。研究长炭纤维的添加对炭纸性能的影响。研究结果表明:在兼顾炭纸具有优良透气性的前提下,长纤维的加入对炭纸起到了既增强又增韧的效果,并且提高了炭纸的导电能力;当添加的长炭纤维占炭纸初坯的10%(质量分数)时,炭纸的综合性能最好,其性能参数如下:厚度为0.23 mm,密度为0.47 g/cm3,电阻率为2.39 m-.cm,抗拉强度、抗弯强度及弯曲挠度分别为28.15 MPa,83.89 MPa和1.1 mm,孔隙率为75.8%,透气率为4 906.75 m3/(h.kPa.m),满足燃料电池气体扩散层用炭纸的需要。     

基于Mori-Tanaka方法的炭纤维水泥砂浆力学性能研究

运用Eshelby等效夹杂原理和Mori-Tanaka方法,从细观力学的角度研究炭纤维水泥砂浆复合材料(CFRM)的力学性能,推导出CFRM力学参数表达式。根据CFRM中炭纤维和水泥砂浆的弹性模量和泊松比,分别计算得到炭纤维体积分数为0.3%、0.6%、0.9%时CFRM的力学性能参数值。同时通过实验测得不同炭纤维配比条件下的CFRM力学性能参数值。理论计算与实测的结果对比表明,Mori-Tanaka方法适用于炭纤维含量较低的CFRM复合材料力学性能研究,当炭纤维含量增大时,炭纤维在水泥砂浆中的分布不均匀导致计算结果与实测结果的误差增大。     

PAN基炭纤维的石墨化度表征及与电阻率的关系

利用拉曼（Raman）散射和直流四电极法对热处理温度2400-3000℃的PAN基炭纤维样品进行测试，得到PAN基炭纤维的拉曼光谱与电阻率随热处理温度的变化关系．用Raman光谱的特征谱线的积分强度比对炭纤维的石墨化度进行了表征，分析了炭纤维的石墨化度对电阻率的影响，结果表明，随着热处理温度的升高，炭纤维的石墨化度降低，电阻率降低．     

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。     

分级多孔纳米炭纤维的结构及电容性能

以酚醛树脂为碳源、PVP为纺丝助剂、纳米MgO颗粒为模板剂,通过静电纺丝法制得酚醛树脂基纳米炭纤维,经过炭化、KOH活化、酸洗后得到分级多孔纳米炭纤维,利用SEM、XRD、XPS、拉曼光谱仪及氮气吸脱附实验,对所制多孔纳米炭纤维的结构和形貌进行表征,并将其作为模拟电容器的电极,利用循环伏安、恒电流充放电及交流阻抗方法测试了材料的电化学性能。结果表明,KOH活化引入了数量可观的微孔,所得纳米炭纤维表现出明显的"微孔-中孔-大孔"分级孔分布的特点,其比表面积达到1058.4m~2/g,总孔容为1.64cm~3/g。电化学测试结果表明,所制分级多孔纳米炭纤维在6mol/L KOH电解液中显示出优异的电容性能,在0.2A/g的电流密度下,其放电比容量达到198F/g,在20A/g电流密度下,电容保持率达到65%。     

模压法制备C/C-SiC复合材料的力学性能

以炭纤维、硅粉、石墨粉等为原材料,采用模压法制备炭纤维增强C／C-SiC复合材料;采用电子万能试验机测定材料抗弯、抗压强度与冲击韧性,利用扫描电子显微镜观察其断口形貌：研究纤维分布状态、纤维长度以及后续炭化处理对C／C-SiC复合材料力学性能的影响。研究结果表明：当分散纤维以单丝状态分布在基体中时,纤维与基体结合紧密,材料力学性能较佳;纤维长度为5mm时,材料具有较好的综合力学性能,抗弯强度、垂直和平行抗压强度、冲击韧性分别为59．06MPR,147．03MPa,134．25MPR和2．45kJ/m^2．后续炭化处理使材料压缩性能提高22％以上,冲击韧性则有所下降,断裂方式为脆性断裂。     

CVD法制备质子交换膜燃料电池用炭纤维纸

采用干法成型技术制备聚丙烯腈（PAN）基炭纤维纸坯体,用化学气相沉积（CVD）法将其制备成炭纸,并在2000℃进行石墨化处理。利用扫描电子显微镜（SEM）和偏光显微分析（PLM）观察炭纸及坯体的显微结构,利用X射线衍射仪测试炭纸的石墨化度,并利用四探针法测试炭纸的导电性能。研究结果表明：采用干法成型技术制备的炭纸坯体是由炭纤维随机堆积构成的网络结构,孔隙分布较均匀;采用CVD工艺所制备的热解炭具有粗糙层结构特征;炭纸中纤维由热解炭紧密连接;炭纸的平均石墨化度高达82．2％,大于日本Toray炭纸和加拿大Ballard炭纸的石墨化度。CVD法沉积的热解炭改善了炭纸的导电性能,其体电阻率为3313mΩ·cm,低于Toray炭纸和Ballard炭纸的体电阻率（分别为45.2和135．9mΩ·cm）其面电阻率为6．0mΩ·cm,低于Toray炭纸和Ballard炭纸的面电阻率（分别为6．4和16．3m．Ω·cm）。     

高温热处理PAN基CF时硼的促进石墨化作用

研究了热处理温度,Ｈ３ＢＯ３溶液质量浓度和ＣＦ在Ｈ３ＢＯ３溶液中的浸泡时间等因素对ＰＡＮ基ＣＦ力学性能和电学性能的影响。并通过考察加和未添加Ｈ２ＢＯ３的ＣＦ分别经高温石墨化热处理后在结构和性能上的差异,对硼在ＰＡＮ基ＣＦ高温热处理时的促进石墨化作用进行了初步探讨。     

各向同性煤沥青制备炭/石墨纤维的研究

以各向同性煤沥青为原料,采用熔融纺丝工艺制备了直径为55μm的沥青纤维,经预氧化、炭化和石墨化处理后得到炭纤维和石墨纤维,并采用偏光显微镜、XRD和SEM等对其形貌、结构和性能进行表征。结果表明,炭/石墨纤维具有与沥青原料相似的各向同性光学结构;随热处理温度升高,炭/石墨纤维截面逐渐变粗糙,且内部石墨微晶逐步发育并长大,3 000℃下石墨化纤维微晶增大较明显,其堆积高度和平面尺寸分别约为5nm和11nm;1 600℃炭化纤维的力学性能较好,其拉伸强度和杨氏模量分别达到0.57GPa和32.19GPa,进一步提高热处理温度,纤维拉伸强度逐步降低,但是其杨氏模量逐渐增加,3 000℃石墨化纤维的拉伸强度和杨氏模量分别为0.26GPa和40.57GPa;炭/石墨纤维室温轴向电阻率随热处理温度的升高而降低,1 000℃炭化纤维室温轴向电阻率为47.78μΩ.m,3 000℃石墨化纤维室温轴向电阻率降至21.98μΩ.m。     

碳化锆/锆涂层炭纤维的制备及其拉伸性能研究

在一定反应温度范围内以熔盐为介质通过炭纤维与金属锆反应制备出碳化锆/锆涂层炭纤维,并在反应温度为800℃时,研究反应时间对碳化锆/锆涂层炭纤维表面相组成、形貌及其拉伸性能的影响。结果表明,800℃可制备均匀致密的碳化锆/锆涂层;且随着反应时间的延长,碳化锆/锆涂层厚度略有增加;涂层后炭纤维的拉伸强度和拉伸模量比原炭纤维的相应值略有减小。