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）。     

CVI-RMI法制备C/SiC复合材料的微观结构与弯曲性能

以T700炭纤维准三维编织针刺整体毡为预制体,在炭纤维表面CVI预沉积热解炭涂层,利用化学气相渗透-反应熔体浸渗法(CVI-RMI)制备C/SiC复合材料,观察材料的微观形貌,并探讨界面对弯曲性能的影响。研究结果表明:利用CVI-RMI联合工艺制备的C/SiC复合材料致密度高,开孔率较小(10%),基体分布均匀;材料弯曲强度达133 MPa,呈逐层破坏机制,表现出良好的假塑性;热解炭涂层与CVI-SiC基体减少了RMI工艺过程对炭纤维的损伤,且热解炭涂层调节了炭纤维与基体之间的界面结合状况,有利于纤维的拔出。     

基体含量对炭/炭复合材料的影响

研究了最终密度为 1.85～ 1.86g/cm3的二维 ( 2D)炭 /炭复合材料的不同基体成分———CVD炭和树脂炭的含量对 2DC/C复合材料力学性能的影响 ;并在扫描电镜下进行断口分析 ,探索了C/C复合材料的损伤机理 .此外 ,通过观察炭纤维与CVD炭以及CVD炭与树脂炭的结合状态、纤维拔出、韧断等断口微观形貌 ,从微观上分析了不同基体炭以及它们的微观结合对 2DC/C复合材料强度性能的影响 .结果表明 :CVD炭含量越高 ,剪切强度越低 ;而抗弯强度、弯曲弹性模量和抗压强度则先增加后降低 ,有一个明显的起伏 ,说明CVD炭与树脂炭的含量有一个最佳配比 ,即CVD炭含量约为 4 4 %时 ,可以使 2DC/C复合材料力学性能得到最佳值 ;炭纤维与CVD炭成树脂炭粘结并不是特别牢固 ,其界面具有缓冲裂纹传播速度或改变裂纹传播方向的作用 ,或界面剥离吸收掉集中的应力 ,从而使炭纤维的强度得到很好的利用 ,C/C复合材料的强度得以提高     

炭纤维增强树脂炭复合材料微观结构与烧蚀性能

采用金相显微镜和扫描电镜对炭纤维增强树脂炭复合材料微观结构进行分析,采用等离子烧蚀方法研究了炭纤维增强树脂炭复合材料不同方向的烧蚀性能,并对其烧蚀表面形貌进行扫描电镜观察,分析了复合材料烧蚀性能差异的原因.研究结果表明:炭纤维增强树脂炭复合材料中炭纤维和树脂炭结合较好,基体中产生了应力石墨化,材料烧蚀优先从纤维与树脂炭的界面及缺陷处开始,轴向垂直于气流方向的纤维越多,材料烧蚀率越小.     

炭泡沫中Si含量对碳化硅多孔陶瓷 组织和性能的影响

研究炭泡沫预制体中Si添加量的变化对碳化硅多孔陶瓷的组织及性能的影响. 以中间相沥青添加一定质量分数的Si粉为原料,经发泡工艺制备含Si的炭泡沫预制体并结合反应烧结工艺制得碳化硅多孔陶瓷. 对碳化硅多孔陶瓷的微观形貌、相组成、孔隙率、孔筋密度和抗弯强度进行分析与测试. 结果表明:随着炭泡沫预制体中Si量的增加,碳化硅多孔陶瓷的孔隙率下降,孔筋密度增加,抗弯强度提高. 当Si的质量分数为50%时,多孔陶瓷孔筋完全由SiC相组成,孔筋密度为3.14g/cm3,多孔陶瓷的抗弯强度达到23.9MPa,对应孔隙率为55%.     

用CVI增密技术制备航空刹车用C/C复合材料

以炭布与炭纤维薄毡交替成叠层,采用针刺技术在垂直布面方向引入增强纤维,制成准三维预制体,在自行研制的热梯度CVI炉中制备了航空刹车用C/C复合材料;采用偏光显微镜研究了沉积炭的显微结构.研究结果表明该CVI炉可实现多试样同时沉积,且位于料柱不同位置的试样密度分布较均匀;对外径为110 mm,内径为45 mm,厚度为15～20 mm的试样,在80 h内,试样的平均密度可达1.60 g/cm3,炭的有效利用率可达27%;在料柱的不同位置以及同一试样中沿径向的不同位置,沉积炭的显微结构都有所不同;沉积炭的显微结构有粗糙层结构、带状结构以及光滑层结构;通过工艺参数的优化,可以得到以粗糙层结构为主的C/C复合材料.     

Si_3N_4陶瓷的凝胶注成型工艺

研究了微米级Si3N4 粉的凝胶注成型工艺 ,系统地分析了引发剂、单体及交联剂等对坯体性能的影响 .研究结果表明 ,当引发剂 (APS)的质量分数w(APS)达到 2 % ,单体与交联剂质量分数的比值在 10 %～ 30 % ,且溶液中有机单体的质量分数w(T)为 2 0 %时 ,坯体性能最佳 ,其强度最高可达 4 0MPa .否则 ,坯体内部的有机网络不均匀 ,将导致坯体性能的下降 .     

纳米TiN粉改性Ti(C,N)基金属陶瓷的制备工艺

在基体中添加纳米TiN粉(质量分数为0.05)的条件下,用三点弯曲法和扫描电镜等研究了粉末单向冷模压压制工艺和烧结技术对Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能和微观组织的影响.实验结果表明:烧结坯的抗弯强度先随生坯的压制压力(≤150 MPa)增加而增加,随后(210 MPa~600 MPa)增加缓慢,最后(≥600MPa)下降;烧结坯的变形率则随生坯的压制压力(≥300 MPa)增加而增大;最佳生坯的压制压力范围是150MPa~210 MPa.实验结果表明:两阶段烧结法优于传统烧结法,烧结坯的微观组织均匀,抗弯强度增加.     

生物炭对温室黄瓜酸化土壤的改良效应

为确定生物炭对酸化土壤的改良效果,以pH 5.63和pH 5.10的温室黄瓜连作后的土壤为研究对象,分别添加不同比例的生物炭,m(生物炭)∶m(土壤)=1∶100,3∶100,5∶100,以不添加生物炭的土壤为对照。采用温室内塑料钵培养的方法,研究不同生物炭添加量对酸化土壤改良效应。结果表明,不同生物炭添加量都可以提高酸化土壤的pH,阳离子交换量、交换性盐基总量和有机质的质量,降低土壤交换性酸总量,交换性Al~(3+)的量和交换性H~+的量。土壤pH与土壤交换性酸总量、交换性Al~(3+)的量和交换性H~+的量呈负相关;与土壤阳离子交换量、有机碳的质量和交换性盐基总量呈正相关。培养结束后,pH 5.63的土壤m(生物炭)∶m(土壤)=1∶100,3∶100,5∶100分别比对照的pH提高了8.5%,11.2%,17.2%;而pH 5.10的土壤m(生物炭)∶m(土壤)=1∶100,3∶100,5∶100,分别比对照的pH提高了13.5%,18.0%,20.4%。2种土壤均以m(生物炭)∶m(土壤)=5∶100处理效果最显著,而且对酸化严重的土壤改良效果更明显。     

质子交换膜燃料电池阴极催化剂用WO3的制备与性能

利用HCl沉淀法制备WO3,并将其制备成Pt/WO3/C复合催化剂应用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的阴极.X射线衍射测试结果表明,制备的WO3结晶度较好,无杂相存在,Pt/WO3/C复合催化剂中WO3晶粒为50～75 nm,Pt晶粒为110～202 nm;循环伏安曲线和单电池极化性能测试结果表明,当m(WO3)∶m(C)=3∶1时,复合催化剂Pt/WO3/C的催化性能最好,最大电流密度为50 mA/cm2,最大功率密度为90 mW/cm2;添加WO3在一定程度上增强了Pt/C催化剂的催化性能.     

碳/碳复合材料中不同微区的基体结构

为优化碳基体结构,提高碳/碳(C/C)复合材料综合性能,针对沥青基C/C复合材料中纤维束内及纤维束间不同碳基体结构微区,利用显微Raman光谱、原位纳米力学测试、Micro-CT、扫描电镜(SEM)和压汞仪对碳基体结构进行研究。结果表明:碳基体呈片层结构沿纤维、纤维束表面取向堆积排列,在纤维、纤维束表面区域及纤维束之间碳基体中存在一定孔隙、裂纹等缺陷;纤维间基体的石墨化程度是沿着纤维表面向中心区域逐步增强,靠近纤维表面区域基体的弹性模量高于纤维间区域的弹性模量。C/C复合材料中碳基体形成过程存在渐次性和差异性,从而影响C/C复合材料综合力学性能。     

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。     

碳纤维水泥基复合材料温敏特性研究

简单介绍了碳纤维水泥基复合材料的制备及其电阻率测试方法,研究了不同掺量的碳纤维水泥基复合材料电阻率随温度变化的规律.研究结果表明,碳纤维水泥基复合材料具有温敏特性,在温度升高的初始阶段,试件电阻率随温度的升高而下降,呈现NTC效应;当温度升高到一定数值,电阻率随温度的升高而逐渐升高,呈现出PTC效应,并且随着碳纤维掺量的变化,NTC/PTC转变温度也发生变化.基于试验结果,对NTC/PTC效应的转变机理进行了初步探讨.     

短切碳纤维活性粉末混凝土最佳配合比试验研究

介绍了活性粉末混凝土(RPC)的配制原理,并进行了短切碳纤维活性粉末混凝土(FRPC)的试验研究.比较分析了水胶比、纤维种类、不同短切碳纤维掺入量和长度及减水剂掺量对FRPC的流动度以及抗折、抗压强度的影响.确定了FRPC的最佳配合比.     

T-800碳纤维湿法缠绕用环氧树脂基体研究

针对制备高性能碳纤维缠绕复合材料的要求,以TDE-85树脂为主体树脂、AG-80树脂为添加树脂,选用混合芳香胺固化剂,研究了一种适合于T-800碳纤维复合材料缠绕成型的树脂基体。结果表明,该树脂的黏度和适用期可满足湿法缠绕成型工艺要求,其浇铸体具有优异的耐热性能与机械性能,而其制备的T-800碳纤维复合材料界面粘接好,缠绕强力环层间剪切强度达到81MPa、拉伸强度高于2500MPa,适合T-800碳纤维的湿法缠绕成型。     

国产高性能聚丙烯腈基碳纤维技术特点及发展趋势

 聚丙烯腈基碳纤维兼具高性能和低比重，是轻质高强、轻质高模等高端装备轻量化的首选材料，是高性能纤维的典型代表，受到世界各国政府、国防与工业领域、科技与产业界的高度关注。从聚丙烯腈碳纤维材料的结构性能特征出发，介绍了聚丙烯腈基碳纤维制备的工艺流程、结构与性能的相关性；从高强碳纤维被发明、高强中模碳纤维因需求牵引而研发成功、更高性能碳纤维的不断创新发明，直至进入新世纪后对高性能低成本化的重视，阐述了国际聚丙烯腈基碳纤维技术发展的4个关键阶段；分析了国产碳纤维通过自主创新，建立以二甲基亚砜为主、包含其他工艺技术的发展历程。从高强和高强中模碳纤维、高模和高模高强碳纤维、低成本大丝束碳纤维的国产化有序发展，展示了碳纤维国产化技术水平不断提高、碳纤维制备与应用不断融合的现状。最后结合国际技术发展动态和中国碳纤维技术积累基础，提出了开展颠覆性技术研究的建议，认为新型聚丙烯腈成纤技术、原材料创新和碳纤维制备过程新型热源技术等值得高度关注。     

碳纤维/玻璃纤维复合加固混凝土柱的抗压性能研究

本研究首次提出以碳纤维布和玻璃纤维布对混凝土柱进行复合加固的思路 ,进而进行了素混凝土柱、碳纤维加固混凝土柱、玻璃纤维加固混凝土柱和碳纤维 /玻璃纤维复合加固混凝土柱的对比实验研究 ,分析了工作机理 .结果表明 :与现行碳纤维加固方法比较 ,复合加固不仅使混凝土柱的抗压承载力和塑性均有一定地提高 ,而且使加固成本大幅度降低 .     

掺短切碳纤维活性粉末混凝土的受压力学性能研究

通过对28组不同尺寸的立方体试件、14组棱柱体试件的受压试验,探讨碳纤维活性粉末混凝土(RPC)在不同养护制度和纤维掺量下的棱柱体抗压强度、弹性模量、峰值应变、泊松比、横向变形系数等参数,并建立了弹性模量和峰值应变的拟合公式和碳纤维活性粉末混凝土应力-应变曲线上升段方程.此外,根据立方体试件受压破坏的现象对碳纤维作用的机理做了初步的探讨;利用环境扫描电镜技术,对碳纤维RPC的微观结构进行了初步研究.     

碳纤维水泥基复合材料导电机理的探讨

通过研究水泥基体的导电性能和不同纤维掺量、外力作用下及掺入骨料后的碳纤维水泥基复合材料的导电性能,探讨碳纤维水泥基复合材料的导电机理.研究表明,水泥基体的电阻随水化时间显著增加,其导电机理是强电解质溶液的离子导电;碳纤维水泥基复合材料的电阻率随纤维掺量增加而显著降低,其电导由接触导电、隧道导电和离子导电3种机制共同决定;碳纤维水泥基复合材料在压力作用下,电阻率因界面接触的改善和纤维搭接概率的增加而降低,在拉力作用下,电阻率因纤维的拔出、折断而提高;骨料的引入增加了复合材料的电阻,这是由于骨料增加了纤维分散的难度和折断的概率,同时阻碍了纤维的搭接并提高了隧道势垒.     

连续碳纤维增强复合材料3D打印喷头设计

为了解决3D打印喷头在成形过程中需要频繁抬起和跳转的问题,研制一种具有复合丝材可控导入、高效熔融挤出及实时剪切功能的新型3D打印喷头。首先,基于结构原理和功能分析方法,对喷头进行分模块化设计;然后,对喷头剪切装置控制系统及其控制流程进行设计和分析;最后,采用所研制的3D打印喷头实物进行连续碳纤维增强复合材料预浸丝的熔融挤出及剪切试验。结果表明,采用所设计的喷头结构以及程序控制方法,可以实现剪丝刀片在喷嘴末端对于复合材料的有效剪切,剪切断口平整,验证了所研制的新型复合材料3D打印喷头的可靠性和实用性。所提方法可有效避免喷头在抬起和跳转运动过程中引发的问题,为连续碳纤维增强复合材料3D打印喷头的结构设计及其运动控制提供了参考。