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。     

国产与进口聚丙烯腈基碳纤维的结构和性能

测定了国产ＰＡＮ基碳纤维和进口碳纤维Ｔ３００的力学性能，用化学分析，扫描电镜，Ｘ射线衍射等方法研究了２种碳纤维的化学成分，表面形态，断口形貌及微晶结构参数，分析了原丝的结构对碳纤维的结构和性能的影响，以及碳纤维的结构和性能的关系。     

PAN基高性能碳纤维的制备及其性能的研究

碳纤维（简称ＣＦ）是一种新型高强度材料。本研究工作采取连续预氧化碳化方式，探索ＣＦ制备过程中工艺－结构－性能之间的关系。利用光学显微镜，密度，ｘ－射线衍射，元素分析等技术和测试手段重点研究工艺参数对ＣＦ结构性能的影响。实验结果表明，ＣＦ的结构性能与工艺条件有着密切关系，通过控制ＣＦ有关的制备工艺参数，可以制得高性能碳纤维。     

新型聚丙烯腈基活碳纤维非织造布的生产方法

探讨了采用特种聚丙烯纤维（PANF）与粘胶纤维（VF）混纺制备针刺非织造布，经预氧化、炭化、活化制备聚丙烯腈基活性碳纤维非织造布的生产工艺，产品性能及应用。     

碳纤维表面处理及液相吸附性能

采用磷化物水蒸汽结合处理法，对低模量聚丙烯腈基碳纤维及粘胶基碳纤维进行了重量失损，液相吸附实验。对各种影响因素进行正交优化设计，平行实验和线性回归处理，以亚甲基半吸附量为指标，从而确定了最佳工艺参数，比表面、孔径公布和扫描电镜图片对活化前后的碳纤维结果地表征。     

碳化温度对聚丙烯腈基碳纤维结构与性能的影响

利用近代测试技术对聚丙烯腈基预氧丝在不同温度下碳化时其结构与性能的变化作了探讨,得出了一些规律。     

美、日、英高性能碳纤维技术与产业发展比较

 20世纪50年代末至70年代末是世界高性能碳纤维技术的快速发展期。本文梳理了这一时期高性能碳纤维技术的发展史;综述了美、日、英3国的3个企业、2个研究机构与5位科学家的关键技术贡献;运用态势分析方法,从科学研究、工业基础和发展环境3个方面,分析了美、日、英3国发展高性能碳纤维产业的关键成功因素,阐述了其产业结局不同的成因。     

中国高性能碳纤维产业的创新发展

 介绍了碳纤维产业在中国从无到有的发展历程。中国碳纤维在产业化过程中解决了装备不足、成本偏高、应用设计能力缺乏等问题。以光威集团为例，阐释了中国企业在中国碳纤维产业发展中的突出作用。中国碳纤维研制目前面临4个问题：产业化工艺与装备核心技术仍未本质突破；碳纤维研制及应用重大基础科学问题尚未探明；大部分应用领域缺乏复合材料设计-制造-评价-考核验证能力；人才规模有限、分布不均。基于此，提出了加强高端碳纤维及其复合材料系列化和自主创新等建议。     

预炭化温度对聚丙烯腈基活性碳纤维结构与力学性能影响初探

采用连续化碳纤维实验装置制备活性碳纤维,借助广角X射线衍射(WAXD)、元素分析(EA)、比表面积(BET)、力学性能及碘吸附等表征测试手段研究了预炭化温度对聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACFs)结构与力学性能的影响。结果表明:PAN-ACFs的N元素质量分数、孔结构、晶粒尺寸是影响PAN-ACFs力学性能的重要因素,且随着预炭化温度的升高均呈现先减小后增大的趋势;当预炭化温度为680℃时,所制备的PAN-ACFs吸附性能较好,力学性能较佳,此时晶粒尺寸La为1.08nm,N元素质量分数5.7%,平均孔径0.81nm。     

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%。     

纳米科技与高性能纤维材料

概要介绍了纳米科技在高分子纤维材料的性能优化、多样化、特种化以及后处理过程中的应用,多种纳米物质(包括粘土、金属氧化物、碳黑和碳纳米管)及它们对纤维材料结构与性能的影响,多种新型纤维(包括纳米复合纤维、纳米孔洞纤维和高分子纳米纤维)及它们的制备方法(尤其是高压静电纺丝工艺),以及纳米科技在纤维后处理过程中的应用.最后,还对今后纤维材料的发展动态提出了展望.     

我国化纤工业及其在新世纪初的发展趋势

回顾了我国化学纤维工业的发展历史,论述了其发展趋势、在纺织工业中的地位及其差距与不足.经过40多年的发展,中国化纤产量超过美国跃居世界第一.中国化纤工业已经发展成为一个门类齐全的工业体系;已建立了一批大型化纤原料联合企业,具备了较强的工程建设和生产管理能力;已能自制现代化的化纤设备,国产化率达30%.出口的纺织品中,化纤原料占1/3.指明了在21世纪初,我国化纤工业科技发展方向使用纳米技术,改变物理形态或化学结构,赋予纤维新的性能和功能;应用大容量、高速度、自动化、智能化的设备,有效地降低投资与生产成本;用碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维或改进常规化纤的分子结构、形态制造高强、高模、耐高温的高性能纤维;以纤维素、淀粉、大豆、土豆等天然植物或动物甲壳为主要原料生产绿色环保和新型纤维.指出我国化纤工业的薄弱环节在于化纤原料生产能力落后于抽丝能力;化纤工业企业小而散,平均规模不及发达国家的1/10.为此,需要建立有自立知识产权,经济技术实力和承担风险能力的化纤工业公司;要加强消化吸收,研究开发,提高企业的创新能力;要建立多元化的人才支撑体系.     

新中国成立以来学科体系的形成、发展与展望

 回顾了新中国成立以来中国学科体系的发展进程，以历史的视角审视了中国学科体系的演化特点，总结了学科体系的发展模式，分析了学科体系的影响因素，提出了未来中国学科体系进一步发展的建议。     

聚丙烯长纤维高性能混凝土性能研究

根据国际标准对两种长径比的新型聚丙烯长纤维增强高性能混凝土的工作度、含气量、强度及弯曲韧性进行了试验研究.其中对这两种纤维混凝土的弯曲韧性按照国际材料与结构联合会(RILEM)标准进行了深入的研究,得出了不同组纤维混凝土的能量吸收值和等效抗弯强度.试验表明,聚丙烯长纤维具有良好的增韧效果,长径比大及单位质量根数较多的纤维增韧效果更为显著.     

中国科技体制及运行机制的特色与成效

 新中国成立以来,中国科技体制以改革为手段,在不断探索中找寻到中国特色科技体制机制路径,引领着科技事业不断创造历史性成就。回顾了中国科技体制的不同历史阶段和主要举措,分析了科技体制改革的主要成就与经验,提出了深化科技体制改革的政策展望。分析表明,对政府和市场、开放和自主关系的把握是理解科技体制阶段性特点的抓手;面对经济高质量发展的新要求,科技体制改革需要从建立和完善社会主义市场经济条件下的科技体系、推动企业成为创新主体、提高科技创新效率、改革评价导向、人事制度、科技资金管理、加强知识产权保护着手攻坚。     

耐高温碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备

将二聚酸(dimer acid,DFA)改性缩水甘油胺类环氧树脂(4,4'-methylenebis(N,N-diglycidylaniline)/N,N,N',N'-tetraglycidyl-2,2-bis [4-(4-aminophenoxy) phenyl] propane,TGDDE/TGBAPP),并和其他...     

中国碳排放的历史特征及未来趋势预测分析

本文首先利用中国国家统计局和美国橡树岭国家实验室CO2信息分析中心的数据,分析了中国60年的经济、能源、CO2变化特征.在此基础上,利用Kaya恒等式构建了碳排放与经济社会变量的长期协整关系,并结合各类政策报告设定了低排放情景、基准情景和高排放情景,预估了3种情景下中国未来CO2排放量的变化趋势.结果表明:中国经济的高速增长总是伴随着能源消费量和碳排放量的快速升高,1980年之前各变量波动剧烈,之后GDP、能源消费量、碳排放量等经济社会变量变动规律明显;3种情景下2013—2020年的碳排放量年均增长率为2.94%~3.91%、2021—2030年的年均增长率为1.63%~2.60%;3种情景下2030年CO2排放量将分别达到142.68、155.41、170.09亿t.研究表明,在低碳情景下,中国最有可能实现2030年碳排放量达峰的目标.