热氧化对PAN基碳纤维结构与性能的影响

将PAN基碳纤维在于400-700℃条件下空气中进行热氧化处理,然后利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、密度梯度管和纤维强力仪研究了其表面化学组成、表面形貌与性能的变化。结果表明：热氧化温度低于600℃时,纤维表面含氧量随热氧化温度升高不断增加,到600℃时氧含量增加了7.11%,主要增加的官能团为羟基、醚键以及羰基,纤维体密度、线密度随热氧化温度变化不明显;700℃时由于含氧官能团的裂解,氧含量有所减少,裂解部分主要为羰基,纤维体密度明显增加,线密度急剧减小;纤维强度随热氧化温度升高不断减小,600℃后减小趋势更加明显;模量随热氧化温度变化不明显。

热处理温度对PAN基碳纤维微观结构的影响

利用X射线衍射、元素分析、拉曼光谱研究了不同热处理条件下聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CFs)微观结构和元素含量的变化,定义了PAN-CFs石墨微晶长度和石墨微晶体积。结果表明:随着热处理温度升高,纤维中氮元素含量不断减小;石墨微晶长度、微晶宽度、微晶堆叠厚度以及微晶体积均不断增大;纤维的空隙率不断增加,空隙率增加的原因为氮元素的脱出和微晶体积的增大;纤维的石墨化程度不断增加。

热处理对PAN基碳纤维结构与性能的影响

以日本进口碳纤维(T300)和国产聚丙烯腈基碳纤维(GCF)为原材料,采用自制石墨化炉,在一定拉伸条件下,对T300及GCF进行1500～2100℃热处理,制备了不同性能的高模量聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CFs)。采用广角X射线衍射、拉曼散射光谱、万能材料测试机等探讨了在热处理过程中PAN-CFs性能的演变规律,研究了PAN-CFs的力学性能与微观结构。结果表明:随着热处理温度升高,PAN-CFs的拉伸强度逐渐下降,拉伸模量逐渐上升,纤维的微晶尺寸和微晶取向度逐渐增大,石墨化程度越来越高,PAN-CFs的微观结构从二维乱层石墨结构向有序的三维层状结构发展。

高压电场诱导下PVP/锰卟啉复合物纤维图案化

通过高压静电纺丝方法实现了微米/纳米材料的自组装和图案化,建立了一个在高压电场诱导下的微米/纳米材料的连续化形成的新方法,电镜结果表明聚乙烯吡咯烷酮(简称PVP)/锰卟啉纤维直径在3～4μm,长度在几百微米,实验中,卟啉环在锰卟啉/PVP系统中形成π-π堆积,形成面-面排列的堆积效应,这种驱动力是促进超分子化合物自组装的一种很好的构筑方式。

国产碳纤维微晶结构与缺陷结构研究

利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及能谱仪(EDS)对比研究了市售某国产碳纤维与日本东丽T300碳纤维的微晶结构与缺陷结构。结果发现,国产碳纤维的晶面层间距d002、微晶堆叠厚度Lc及微晶宽度La等参数与T300相当;但国产碳纤维晶区取向度π%更高,国产碳纤维中存在明显的洋葱结构,微晶条纹间的平行性与T300相比较差,国产碳纤维中存在Ca、Si、S等杂质元素。

HP-RTM树脂体系固化反应动力学及流变行为研究

HP-RTM(高压树脂传递模塑)工艺是近些年针对汽车行业兴起的碳纤维复合材料快速成型工艺,较传统的成型工艺在保证制品力学性能的前提下,其复合材料部件生产周期可缩短至10 min以内,大幅缩短了复合材料部件制造周期,成为汽车领域复合材料成型的首选工艺之一。针对HP-RTM工艺用快速固化环氧树脂体系(RX-1),采用DSC(差示扫描量热仪)和流变仪研究了其固化反应热行为和流变行为,并根据经典动力学模型Kissinger法研究RX-1树脂体系固化反应动力学,计算了反应活化能Ea。研究结果表明:RX-1树脂体系在120℃、60 s内其黏度已突增到1.76×10^6Pa·s,完全实现凝胶化,该体系在一定的工艺温度下能实现在2 min内完成固化,利用Kissinger法求得RX-1树脂固化过程表观活化能Ea为54.88 kJ/mol。研究成果为HP-RTM成型工艺参数设定与优化提供了技术基础和理论依据。

牵伸对石墨纤维结构和力学性能的影响

以一种典型国产碳纤维为原材料,借助XRD、密度梯度仪和力学测试研究了不同石墨化温度2100℃、2300℃下,不同的牵伸率对聚丙烯腈基(PAN)石墨纤维结构和力学性能的影响。结果表明:在一定的石墨化温度下,随着牵伸率的增大,碳纤维的体密度、弹性模量和抗拉强度均增大。同时,石墨微晶尺寸(Lc、La)与取向度均随其热牵伸比的增加而增大。此外,在同一牵伸比条件下,随热处理温度的升高,弹性模量增加,抗拉强度下降,石墨微晶尺寸(Lc、La)与取向度均随热处理温度的升高而增大。

UV测试PAN原丝残余DMSO含量的影响因素研究

采用紫外光谱法(UV),研究了PAN原丝残余二甲基亚砜(DMSO)含量测试过程中样品的前处理方法,并对测试过程中的相关影响因素进行了分析。研究表明:溶剂煮沸法能快速地溶出PAN原丝中残余DMSO,样品最佳处理时间为2h;不同的油剂对实验结果影响程度不同;当样品煮沸溶液中DMSO浓度太低时采用UV法测试存在较大误差,为提高分析结果的准确性,当煮沸溶液的吸光度A小于0.318时,需采用色谱法进行分析测试。

国产碳纤维表面性能研究

利用扫描电子显微镜(SEM)、动态接触角及表面张力测试仪及万能材料试验机研究了不同表面处理工艺对碳纤维力学性能、表面形貌和界面性能的影响,以及在相同表面处理工艺下不同型号上浆剂对碳纤维界面性能的影响。结果表明:当处理电流和电压在一定范围内,表面处理不影响碳纤维的力学性能;随着表面处理电流和电压的增加,碳纤维表面沟槽、表面粗糙度、纤维的浸润性不断增加;相同表面处理工艺下,采用5#上浆剂较4#和HS-1#上浆剂具有更高的层间剪切强度。