氯苯添加量对通用级碳纤维结构与强度性能的影响

采用氯化-脱氯化法制备通用级碳纤维是煤液化残渣的高附加值利用路径之一,然而迄今为止,针对以氯苯为氯源诱导的氯化-脱氯化反应的研究尚不够深入,尤其是氯苯添加量对碳纤维结构与性能的影响仍缺乏研究。以煤液化残渣为原料,以氯苯为氯源,采用氯化-脱氯化法制备通用级碳纤维。借助元素分析仪、傅立叶变换红外光谱仪、^(13)C固态核磁共振波谱仪、X射线光电子能谱仪、基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪、扫描电子显微镜、拉伸强度测试仪及高精度显微镜表征研究氯苯添加量(10 g~40 g)对沥青前驱体分子组成与结构、熔融纺丝性及碳纤维强度性能的影响及规律。结果表明:经氯化-脱氯化法制得的煤液化残渣基沥青前驱体以芳香碳为主要组成,碳元素含量达91%以上,且碳元素含量和碳氢质量比随着氯苯添加量的升高而略微降低;X射线光电子能谱分析结果表明,经脱氯化反应后未见氯元素残留;氯化-脱氯化反应促使了芳环之间的缩聚,当氯苯添加量为20 g时,平均相对分子质量的质荷比为677;通过13 C固态核磁共振波谱可知,氯苯诱导的缩聚反应主要是加强了芳环的渺位缩聚,当氯苯添加量从10 g增加至40 g时,渺位缩聚碳的含量从9.40%提升至11.78%,这说明沥青前驱体的分子结构沿着一维方向呈现线性排列,进而熔融纺丝性随着氯苯添加量的增加而明显提高,CLR-CB-30和CLR-CB-40两组沥青前驱体在293 r/min的缠丝转速下仍能实现连续纺丝而不发生断裂,碳纤维的表面和断面光滑无缺陷,平均强度性能最高达932 MPa,平均直径约为12μm。表明采用氯化-脱氯化法制备出的煤液化残渣基通用级碳纤维具有较好的强度性能,达到了目前以煤焦油沥青或者石油沥青为原料工业化生产的通用级碳纤维的水平。

碳纤维复材结构网球器械接头的胶接强度性能表征

针对网球器械用碳纤维复合材料胶接连接,以超声机械振动方法胶接处理了网球器械用碳纤维复合材料,并测试分析了碳纤维复合材料胶接强度。结果表明,超声机械振动胶接工艺参数直接影响着网球器械用碳纤维复合材料的胶接强度,其振动时间为21s、振动压力为0.35 MPa、振动位置为27 mm、振幅为57μm时,网球器械用碳纤维复合材料胶接强度最高;相较于未超声机械振动对照组,基于正交实验优化的超声机械振动组的碳纤维复合材料胶接强度更高,且试样破坏后胶层截面位置缝隙非常小,胶接强度分散性较小,胶接性能更加稳定。

可纺中间相沥青的研究进展

随着我国航空航天和电子等行业的快速发展,高性能沥青基碳纤维因其高模量和高导热等优异性能而受到广泛关注。其中,中间相沥青的制备是高性能沥青基碳纤维制备的首要环节,但因沥青组成结构复杂、杂原子较多、合成的中间相沥青产品性能不均一等因素限制,我国纺丝级中间相沥青量产化仍未实现,严重制约了相关产业的发展。本文综述了中间相沥青的形成过程和性质,对比了煤、石油、萘三种沥青原料的组成和分子结构,阐述了原料沥青中复杂成分对中间相沥青形成过程的影响以及常见的预处理方法,并对预处理方法的优缺点进行了比较,分析了直接热缩聚法、溶剂分离法、加氢改性法、催化改性法、共碳法以及其他方法的制备过程及其优缺点,并对中间相沥青形成过程中的影响因素进行了归纳总结。最后展望了中间相沥青的发展前景,针对目前的瓶颈问题提出了建议。研究者应从沥青原料出发,探究原料分子结构和工艺条件对中间相沥青结构的影响规律并阐明其机理。

碳纤维表面处理技术的研究进展

碳纤维具有很多优异的特性,被誉为“新材料之王”,广泛应用于很多方面。由于碳纤维表面平滑且化学反应活性不活跃,导致碳纤维复合材料力学性能较差。为了优化复合材料的界面特性和整体性能,必须对其进行表面改性。总结了碳纤维的种类、表面结构特点和性能、改性方法及其应用,为未来碳纺织品的发展提供一定的理论参考,推动碳纤维纺织品向着绿色、安全、高效的方向发展。

一种集成电路电容适用的碳纤维改性复材制备及性能

为了提升集成电路电容用复合材料的综合性能,对比分析了碳纤维(CF)、Ni(OH)_(2)改性碳纤维CF-Ni(OH)_(2)和聚多巴胺改性碳纤维CF-PNi的表面形貌、化学结构、润湿性能和力学性能。结果表明,原始CF表面存在深度不一的加工沟槽、粗糙度较大,当经过Ni(OH)_(2)和聚多巴胺改性处理后,碳纤维表面沟槽基本消失,表面粗糙度减小。改性CF相较CF与树脂(EP)的接触角都有不同程度减小,与树脂接触角从大至小顺序依次为:CF、CF-Ni(OH)_(2)、CF-PNi;当采用Ni(OH)_(2)对CF进行改性后,CF-Ni(OH)_(2)/EP的弯曲强度F_(s)、弯曲模量F_(m)、层间剪切强度ILSS和横向拉伸强度Hl相较CF有明显提升,采用聚多巴胺进一步对CF-Ni(OH)_(2)进行改性处理后,CF-PNi/EP的F_(s)、F_(m)和Hl会相较CF-Ni(OH)_(2)/EP进一步提升,而ILSS变化幅度不大。

抗半速12.7mm穿甲燃烧弹陶瓷装甲数值模拟与试验研究

为了研究半速12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻条件下,陶瓷横向尺寸对其抗弹性能的影响规律以及陶瓷抗弹性能对支撑条件的响应,同时探究可实现有效防护的复合装甲结构,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对弹体侵彻陶瓷复合装甲的过程进行数值模拟,并进行靶试试验验证。结果表明:随着陶瓷横向尺寸增大,其消耗弹体能量比例不断增加,当陶瓷尺寸增大至6倍弹径时,其消耗弹体能量比例基本稳定;陶瓷抗弹性能与其支撑条件相关,碳纤维对陶瓷的支撑作用大于PE对陶瓷的支撑作用;12 mm碳化硅+3 mm碳纤维+12 mm PE组成的陶瓷复合装甲可实现抗半速12.7 mm穿甲燃烧弹的有效防护。数值模拟分析结果和试验结果吻合良好,说明了数值模拟方法的正确性和模拟结果的有效性。

一种高强度混凝土材料配比优化及应用效果

为提高公路隧道加固等施工中混凝土材料的强度,主要使用矿粉、钠激发剂、碳纤维等材料,制备了一种高强度混凝土材料,并对钠激发剂模数和掺量、碳纤维掺量进行优化,分析材料应用效果。结果表明,随着钠激发剂模数从0.7增加到2.2,材料力学性能先升后降。当钠激发剂掺量从10%增多至20%时,材料力学性能也先升后降。而适量碳纤维的添加,可以进一步提高材料强度。试验中高强度混凝土材料配比优化为:钠激发剂模数1.3、钠激发剂掺量16%、碳纤维掺量1%。在最佳配比下,该材料在施工中28 d抗压、抗折强度分别为67.79 MPa、16.95 MPa,且抗渗水性能良好。

墙材用蒸压加气碳纤维增强混凝土砌块的性能分析

蒸压加气混凝土砌块具有轻质、多孔、保温、隔音和抗风等优点,被广泛用作墙体建筑、内部隔断、地基填充和保护等建筑材料中。然而,这种墙材大多存在强度低、吸水率大及容易开裂等不足,限制了其进一步发展。为改善上述缺陷,在蒸压加气混凝土中添加碳纤维,并研究了碳纤维添加量对蒸压加气混凝土力学性能的影响。试验发现,在蒸压加气混凝土中添加碳纤维可以减少蒸压加气混凝土的干燥收缩,提高其抗压强度和劈裂抗拉强度,改善其韧性。

碳纤维掺量对轻骨料混凝土抗压强度的影响

为探究轻骨料混凝土掺入不同量碳纤维后的抗压强度变化,取不同量碳纤维制备轻骨料混凝土并根据相关试验规范分别制作棱柱体试件和立方体试件,测定各组试件的抗压强度,分析各组试件抗压强度随碳纤维掺量的变化规律。试验结果表明:掺加适量碳纤维能够强化轻骨料混凝土抗压强度,但掺量过大反而会导致结构强度下降,其中碳纤维质量分数取0.1%时性能达到较高值;立方体试件相较棱柱试件具有更优良的强度性能,但工程实践中所用混凝土结构通常为近似棱柱体形状,建议后续进一步研究棱柱体混凝土强度性能的主要影响因素。

石墨烯改性上浆剂乳液对碳纤维的影响

使用聚乙二醇作为分散剂,将石墨烯添加到环氧树脂乳液型上浆剂里改性上浆剂,通过测试不同浆液粒径、表面张力、旋转黏度反应上浆液稳定性;通过测试纤维幅宽、直挺度、耐磨性反应纤维加工性能;研究上浆剂改性后对纤维力学性能的影响。结果表明增加了聚乙二醇分散剂的石墨烯环氧树脂乳液稳定性好,纤维更容易上浆。纤维幅宽可以增加0.5 mm,直挺度可以提高1~2 cm,毛丝量可以减少50%~60%。碳纤维力学性能也有提高,尤其是添加了聚乙二醇2000的石墨烯乳液,纤维拉伸强度提高8%。

轨道交通领域中碳纤维复合材料的应用与展望

介绍了碳纤维复合材料在国内外轨道交通领域的应用现状,从轻量化、隔热性能好、安全性高、可设计性强4个方面提出了碳纤维复合材料应用于轨道交通领域的技术优势和性能优势。同时从材料、工艺两个角度对碳纤维在轨道交通领域应用上面临的挑战提出行之有效的应对措施。碳纤维复合材料的应用对于推动轨道车辆低碳化运营和向绿色方向发展,紧跟国家节能减排战略,进一步提高能源利用效率具有重要意义。

调控纺丝温度提高中间相沥青碳纤维的力学和导热性能

湖南大学、湖南东映碳材料科技股份有限公司和北京航天材料及工艺研究所的研究人员在《新型碳材料杂志》上发表了题为“基于工程化设备通过调控纺丝温度提高中间相沥青碳纤维力学和导热性能”的论文。研究人员发现,通过调整纺丝温度,中间相沥青基碳纤维(MPCF)的机械性能和热导率可以在制备过程中得到显著提升。在纺丝温度为309℃的情况下,该碳纤维的导热系数和抗拉强度分别为704 W/(m·K)和2.16 GPa。当纺丝温度升至320.5℃时,该碳纤维的热导率和拉伸强度增加了约50%,分别达到1077 W/(m·K)和3.23 GPa。

上海石化实现T700级24K碳纤维的稳定生产

2024年2月27日,从中国石化上海石油化工股份有限公司(简称上海石化)传出消息,该公司首次实现T700级24K小丝束碳纤维产品的稳定生产,成品拉伸强度首次超过4.9 GPa、拉伸模量超过240 GPa,并实现满产满销。此举开创了国内采用硫氰酸钠湿法纺丝工艺路线生产高性能碳纤维的先河,标志着中国石化具备了自主研发生产T700级24K小丝束碳纤维的能力,为实现高性能碳纤维连续性工业化生产目标奠定了基础。

首列碳纤维地铁列车发布

2024年6月26日,全球首列用于商业运营的碳纤维地铁列车在山东青岛正式发布。该列车较传统地铁车辆减重11%,具有更轻更节能等显著优势,有望引领地铁列车实现全新绿色升级。该碳纤维地铁列车的车体、转向架构架等主承载结构均采用碳纤维复合材料制造。与传统金属材料的地铁列车相比,该碳纤维地铁列车车体减重25%,转向架构架减重50%,整车减重约11%,运行能耗降低7%,每列车每年可减少二氧化碳排放约130 t。

东丽开发出高强度碳纤维新品

2024年1月10日,日本东丽工业公司(简称东丽)宣布,已开发出TORAYCA TM M46X碳纤维。新产品强度比TORAYCA TM MX系列其他产品高出约20%,同时也能保持较高的拉伸模量。类似此前推出的新品T1200,此次开发的TORAYCA TM M46X主要也是通过采用东丽的结构控制工艺对纤维内部石墨结晶结构进行纳米级控制,从而实现纤维取向度提升及拉伸强度提高。

三菱化学开发植物基碳纤维预浸料

2024年3月12日,三菱化学(MCG)集团宣布,该公司已开发出一种使用植物提取树脂的BiOpreg#400系列碳纤维预浸料。碳纤维预浸料是一种浸渍有树脂的碳纤维中间材料板材。由于预浸料具有快速固化、耐热和高韧性等特点,因此主要用于运动和移动应用领域。

美国赫氏推出24K连续碳纤维新品

2024年3月5日,美国赫氏公司在JEC World复材展上宣布推出新型HexTow■IM924K连续碳纤维,该连续碳纤维适用于航空航天领域的结构件。HexTow■IM924K连续碳纤维是一种中模量小丝束碳纤维产品,平均拉伸强度超6300 MPa,拉伸模量为298 GPa,断裂伸长率为1.9%。该款新品的拉伸强度比目前主攻航空航天高端应用的IM7纤维提高了12%。

帝人将采用ISCC Plus认证的原料生产碳纤维

日本帝人株式会社(简称帝人)宣布,将开始在其位于日本三岛的工厂生产Tenax TM碳纤维,该纤维由国际可持续发展和碳认证(ISCC PLUS)的丙烯腈(AN)(即从生物质产品或从废弃原料中获取的AN)制成,这有助于减少碳纤维产品生命周期温室气体排放。

国内外碳纤维行业发展现状与建议

介绍了国内外碳纤维行业发展现状,重点分析了生产工艺、产能和消费应用、市场价格、原料供应等;指出了我国碳纤维行业未来发展趋势,并提出相应建议。

宁波材料所M55X型碳纤维性能再度优化提升

近日,中国科学院宁波材料所碳纤维及其复合材料团队在高性能碳纤维领域取得新进展,开创性研发的M55X型高强高模高延伸碳纤维的力学性能实现进一步优化提升。据悉,经过国内专业机构检测,该型碳纤维拉伸强度达到5.18 GPa、拉伸模量544 GPa、断裂伸长率0.95%。与今年1月日本东丽最新研发出的M46X型碳纤维相比,力学性能上具有一定的先进性。