灰竹炭纤维/大麻纤维/Coolplus纤维/棉精梳混纺柔洁纱的可纺性研究与生产实践

本文结合生产实践,通过设备改造和半制品及纱测试,分析和讨论各因素对灰竹炭纤维/大麻纤维/Coolplus纤维/棉精梳混纺柔洁纱质量的影响,研究前纺工序和细纱工序通过优化工艺参数、采用新型纺纱专件、合理控制车间的温湿度等,明显地提高了灰竹炭纤维/大麻纤维/Coolplus纤维/棉精梳混纺柔洁纱质量。

基于工程化设备通过调控纺丝温度提高中间相沥青炭纤维力学和导热性能

基于工程化设备,在恒定挤出量条件下,通过调控纺丝温度制备了中间相沥青炭纤维(MPCFs),探究纺丝温度对MPCFs微观结构、力学和导热性能的影响。结果表明:随着纺丝温度由309升高至320℃,MPCFs的微观结构由石墨片层细小的褶皱劈裂辐射状结构逐步向石墨片层粗大的劈裂辐射状结构转变,拉伸强度由2.16增大到3.23 GPa,热导率由704升高到1078 W·m^(−1)·K^(−1)。这主要是因为纺丝温度越高,沥青熔体黏度越小,喷丝口处挤出胀大效应越弱,沥青熔体在喷丝孔流道内形成的微晶取向得以保持,以此制备的炭纤维具有更大的晶体尺寸和更高的微晶取向。

聚氨酯上浆剂对炭纤维增强聚氨酯复合材料界面性能的影响

经阳极氧化的炭纤维丝束用水性聚氨酯进行上浆,考察上浆剂对炭纤维增强聚氨酯复合材料界面性能的影响,并结合元素分析、官能团分析、热重分析和示差扫描热分析进行机理研究。结果显示,上浆剂可以显著提高复合材料界面性能。层剪强度从氧化后的39.5 MPa提升到上浆后的46.4 MPa,提升17.5%。上浆的炭纤维经170℃热处理后层剪强度进一步提高到50.8 MPa。这归因于上浆剂与炭纤维表面的含氧官能团进行反应形成化学键,而上浆剂与基体以氢键相互作用。经进一步热处理后,上浆剂的封端剂脱除,释放出异氰酸酯与基体中的氨基甲酸酯反应生成尿基甲酸盐。因此,此水性聚氨酯上浆剂提高了炭纤维增强聚氨酯复合材料的界面性能。

碳纳米管/共聚酰亚胺复合膜增强炭纤维/环氧树脂复合材料的层间断裂韧性和导热性

炭纤维/环氧树脂复合材料已被广泛用作航空航天领域的结构材料,但由于其沿厚度方向缺乏炭纤维增强材料,层间力学性能和面外导热性较差。本文制备了碳纳米管/共聚酰亚胺(CNT/BOH)复合膜作为增韧层,以提高炭纤维/环氧树脂层压板的层间断裂韧性和厚度方向导热性。由于BOH膜的塑性变形和CNTs的增强效应,CNT/BOH膜的引入使炭纤维/环氧树脂层压板的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高260%和220%,此外,由于CNTs高的本征导热性和交联网络的形成,有效改善了层压板的厚度方向导热性。这种增韧方法为同时提高炭纤维/环氧复合材料的力学性能和导热性提供了一种有效的策略。

基于拉曼光谱mapping技术研究低温循环对炭纤维增强聚酰亚胺复合薄膜界面微观力学的影响

碳纳米管选用(CNT)作为拉曼应力传感器,通过建立拉曼光谱mapping技术研究了经多次低温循环(-198~25℃,0~300次)的炭纤维增强聚酰亚胺复合薄膜(CF/CNT-PI)的界面微观应力变化。研究发现:聚酰亚胺薄膜(CNT-PI)即使经300次低温循环,树脂内部应力依然为~175 MPa,循环次数对树脂内部应力影响较小,表明该材料具有良好的耐低温性。进一步研究了炭纤维(CF)增强的CNT-PI薄膜的内应力变化,获得了炭纤维、界面、树脂基体区域的微观应力mapping分布,发现CF区域的受力大于基体部分,表明CF在该体系中起到了对应力最主要载体的作用,并发挥了良好的增强效果。在循环次数<250次时,微观应力变化不大;但当循环次数高达300次时,炭纤维及界面区域应力值分别提高了21%和12.9%,应力在材料内部的集中增大会降低材料的力学性能。本研究有效地定量了外界温度循环变化下复合材料的增强材料、基体及界面的微观应力分布,这为检测复合材料服役过程中的使用安全性提供了一种理论依据与评判手段。

表面粗糙度和含氧官能团对炭纤维/环氧树脂界面黏结的贡献

炭纤维(CF)与基体之间的界面黏结对CF增强聚合物复合材料的性能至关重要。为了评估机械啮合和化学键合对炭纤维增强环氧树脂(EP)复合材料界面黏附性能的贡献,分离了炭纤维的表面粗糙度和含氧官能团以研究它们对界面黏附的影响。结果表明,氨水处理提高了表面粗糙度而不改变化学性能,而电化学处理在不改变表面粗糙度的情况下提高了化学性能。采用微滴法测试了CF/EP的界面剪切强度(IFSS),并通过线性拟合得到了IFSS与表面粗糙度和氧含量之间的函数关系。结果表明,在双官能和四官能环氧树脂体系中,化学键合对于增强界面黏附的贡献因子高于机械互锁。

氮掺杂聚丙烯腈基中空炭纤维用于锂硫电池正极

以聚丙烯腈(PAN)中空炭纤维为基体,通过KOH活化法制备了PAN中空多孔炭纤维用于锂硫电池正极材料基体。中空炭纤维经活化得到2491 m^(2)·g^(-1)的高比表面积和1.22 cm^(3)·g^(-1)的大孔隙体积。为了进一步提高电化学性能,使用水合肼对纤维前体进行了改性,以制备氮掺杂的中空多孔炭纤维。修饰后的纤维拥有1690 m^(2)·g^(-1)的比表面积,0.84 cm^(3)·g^(-1)的孔隙体积和8.81 at%的高氮含量。由于含氮基团可以增加纤维表面极性和吸附能力,所以在电流密度为1 C时,其起始比容量可以提升至到420 m Ah·g^(-1)。

二茂铁表面活性剂在聚丙烯腈基炭纤维表面的可逆修饰

采用电化学可逆表面活性剂(二茂铁)十二烷基二甲基溴化铵(FDDA)对炭纤维进行表面改性。结果表明,FDDA能够在炭纤维表面进行吸附及电化学脱附,实现可逆的表面改性。同时证实了FDDA主要通过非静电相互作用在炭纤维表面以多分子层的方式进行吸附。此外,通过单丝拉伸断裂法探究了FDDA改性炭纤维对炭纤维/环氧树脂界面性能的影响。与未改性的炭纤维相比,FDDA改性的炭纤维与环氧树脂之间的界面黏结性能得到明显改善。

Co@CoO/竹炭纤维的制备及其对废水中盐酸四环素去除性能

将沸石咪唑骨架(ZIF-67)嵌入到具有中空薄壁细胞框架的竹纤维中,通过高温热解获得负载Co和CoO纳米颗粒的竹炭纤维复合材料(Co@CoO/竹炭纤维)。采用XRD、SEM、XPS表征Co@CoO/竹炭纤维微观结构和成分。研究Co@CoO/竹炭纤维催化过氧硫酸盐(PMS)降解典型抗生素(盐酸四环素TCH)的性能,考察了不同PMS添加量、Co@CoO/竹炭纤维催化剂添加量和温度对TCH去除效率的影响,探究了催化降解过程中产生的活性氧种类。结果表明,多孔多面体ZIF-67在竹纤维上生长,热解后仍保持多孔多面体结构;得到的Co@CoO/竹炭纤维活性位点丰富,10 mg Co@CoO/竹炭纤维与20 mg PMS在15 min内对30 mg/L TCH催化降解效率达99.90%;3次循环后,Co@CoO/竹炭纤维/PMS对TCH降解效率仍可达91.25%。Co@CoO/竹炭纤维复合材料的高效催化降解性能为废水处理提供可选择性。

含炭纤维吸附处理VOCs的专利分析

【目的】含炭纤维是新发展起来的一种新型、高效、多功能吸附材料,通过含炭纤维吸附处理VOCs的专利分析可以分析含炭纤维的发展趋势。【方法】对含炭纤维吸附处理VOCs技术专利的申请趋势、技术专业等进行分析。【结果】目前我国含炭纤维吸附处理VOCs处于技术成长期,随着对活性炭纤维的表面结构和性能关系的深入探索,我国含炭纤维吸附处理VOCs技术相关专利申请量已经远远高于其他国家,然而对外布局尚处于萌芽阶段。【结论】在后期的含炭纤维吸附处理VOCs技术研究发展过程中,申请人需要关注专利的质量和专利布局的全面性,同时启发后续含炭纤维吸附处理VOCs的技术研究。

PAN基炭纤维经济规模分析

聚丙烯腈 (Polyacrylonitrile缩写为PAN)基炭纤维市场需求旺盛 ,但由于我国PAN基炭纤维生产企业规模小、产品性能低 ,产品占领不了市场 ,企业效益欠佳。通过经济规模方法的分析 ,就国内现有技术状况和两个样本生产线 ,用工程技术法对PAN基炭纤维的经济规模进行分析 ,为我国炭纤维产业化发展提供参考。分析表明 ,国内PAN基炭纤维经济规模的起点为 2 0 0t a～ 2 75t

PAN基活性炭纤维的氮吸附研究

用相同原料不同活化方法制备聚丙烯腈基活性炭纤维，并对其进行了氮吸附研究.结果表明，由不同活化方法所制备的活性炭纤维的孔结构存在较大差异，并对随着活化程度的改变其孔结构的发展进行了研究.结果表明,通过简单的改变活化方法即可以制得不同孔隙占主导地位的炭质吸附剂；也揭示出，不同的活化方法其活化机理有所差别.

炭纤维生物膜的形成机制 Ⅱ .炭纤维表面特性对微生物活性与增殖的影响

采用对比方法,借助化学分析、表面形态分析、微生物活性测定等技术首次系统地研究了以活性炭纤维、表面改性活性炭纤维作为细胞固着化用载体及载体表面特性对生物膜活性、菌液中微生物活性及增殖等的影响。重点考察了纤维表面官能团、比表面积、润湿性等表面特性对生物膜活性以及菌液中微生物活性及增殖等的影响。研究结果表明:(1)改善炭纤维表面的吸附特性有益于微生物固着及挂膜;增加活性炭纤维比表面积有利于提高其表面微生物的活性。(2)与其他有机高分子材料相比炭纤维可以促进微生物的生长。(3)炭纤维表面润湿性与某些酸性官能团的增加,有助于载体表面微生物的生长。

Fe催化PAN炭纤维原位生长纳米炭纤维

为了研究气相生长纳米炭纤维在炭 炭复合材料制备中的应用 ,采用均热式化学气相沉积技术 ,以针刺PAN炭纤维薄毡为基体 ,二茂铁为催化剂前驱体 ,丙烯为碳源 ,氮气为载气 ,在炉压 1.0kPa～ 1.3kPa ,沉积温度880℃、92 0℃下进行了Fe催化PAN炭纤维原位生长纳米炭纤维的实验。经不同时间沉积后的样品在扫描电镜(SEM)下进行观察 ,发现 880℃时沉积 4h后在PAN炭纤维周围生成大量的原位生长纳米炭纤维 ,而在 92 0℃时因催化剂失效导致热解炭对Fe催化剂颗粒包覆 。

中孔炭纤维的开发

随着多孔炭材料应用领域的拓宽，对其性能要求也不断提高．综述了国内外的进展，阐述了如何从原料及活化工艺出发提高多孔炭的中孔含量，重点放在原料改性及活性炭纤维的制备．

炭纤维阳极氧化法表面改性

采用阳极氧化法对聚丙烯腈(PAN)基炭纤维进行表面改性,利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和动态力学热分析(DMTA)对炭纤维表面改性效果进行了研究。研究结果表明,炭纤维经适当的阳极氧化表面改性后,表面的粗糙度和比表面积增大,表面羟基含量提高31%,羰基含量提高61%。表面改性炭纤维增强树脂基复合材料(CFRP)较未改性炭纤维CFRP,玻璃化温度(Tg)升高,损耗角正切峰值(tanδmax)降低,定量计算出的界面黏结参数A和α与CFRP的层间剪切强度(ILSS)所反映的炭纤维与树脂间界面黏结效果一致。采用适当的改性条件可使CFRP的ILSS提高25%,纤维抗拉强度仅损失5%。

炭纤维生物膜的形成机制 Ⅰ.炭纤维表面特性对微生物固着化的影响

采用对比方法 ,借助化学分析、表面形态分析及生物相容性表征技术等系统地研究了以活性炭纤维、表面改性活性炭纤维作为细胞固着化载体的表面特性及对微生物固着的影响。重点考察了纤维表面官能团、比表面积、润湿性等表面特性对微生物固着化的影响。研究结果表明 :(1)炭纤维表面的吸附特性对微生物的初期固着起着重要的作用 ,具有高比表面积的活性炭纤维更易于微生物固着并挂膜。 (2 )炭纤维表面润湿性与某些酸性官能团的适量增加 ,有益于载体表面微生物的固着。 (3)炭纤维尤其是活性炭纤维较市售有机高分子材料具有更加优异的生物相容性 ,前者的微生物固着化速率是后者的 4倍～

采用浸渍-还原法在炭纤维表面制备纳米镍催化剂颗粒

为了在炭纤维表面原位生长纳米炭纤维/纳米碳管,研究它对炭/炭复合材料微观界面结构和导热性能的影响,以硝酸镍为催化剂前驱体,H2为还原气体,N2为载气,采用浸渍-还原技术在炭纤维表面制备纳米Ni催化剂颗粒。用扫描电镜观察Ni颗粒形貌和粒径,分析讨论还原温度和时间对纳米Ni颗粒的影响及纳米颗粒的形成原因。研究结果表明:随着还原温度升高,Ni颗粒逐渐变大;随着还原时间增加,催化剂前驱体涂层先分裂,再逐渐形成纳米Ni颗粒,而后又因烧结变大;H2和N2气在Ni颗粒形成过程中还起到刻蚀涂层、吸附弱化颗粒间粘结力的作用;合成纳米Ni颗粒的最佳工艺条件是:还原温度为400～450℃,还原时间为30～60min。

在石墨化过程中采用热牵伸法制备高性能PAN基炭纤维

对PAN基炭纤维（PANCF）石墨化处理过程中采用热牵伸的工艺进行了初步探讨。实验结果表明：适当张力的热牵伸可以得到高模高强的炭纤维。本文还对热牵伸改善炭纤维力学性能的原因进行了讨论。

剑麻基活性炭纤维的制备及其碳化活化动力学

研究了剑麻纤维碳化活化反应动力学。结果表明，碳化活化反应符合一级动力学规律，反应速度与活性炭纤维的质量成正比例关系，并且随反应温度的升高，碳化活化反应速度常数也相应提高，反应速度常数随温度的变化关系符合阿累尼乌斯规律，剑麻基活性炭纤维的碳化活化反应的表观活化能为１２４ｋＪ／ｍｏｌ。