SiC纤维在空气中的耐温性测试

SiC纤维作为SiC_(f)/SiC复合材料的重要承载部分,其耐温性能直接影响SiC纤维的实际应用。单丝拉伸强度和束丝拉伸力测试表明:在空气中,800℃时SiC纤维单丝强度维持在2.7 GPa以上,束丝拉伸力170 N以上,随时间延长无明显变化;温度升高至1000℃时,单丝强度下降至2.0 GPa,束丝拉伸力下降至159 N;超过1200℃后,纤维氧化明显,无长时间应用能力。其SEM及EDS结果表明,各个温度下纤维表面均有不同程度的氧化,温度越高纤维氧含量越高,超过1400℃时,纤维出现“皮芯”结构和脱落,氧化严重,完全失效。

升温速率和烧成温度对95多晶氧化铝纤维性能的影响

将甩丝后得到的凝胶纤维分别以0.5、1、1.5、2、2.5、3和4℃.min-1的升温速率升温至400℃,保温1 h后再以3℃.min-1的升温速率升温至600℃并保温1 h进行中温热处理,然后分别置入1 000、1 100、1 200、1 300和1 400℃的电炉中保温1 h烧成。测试中、高温处理后纤维的平均单丝拉伸强度,并采用SEM观测纤维表面形态。结果表明：中温段（400℃以下）升温速率为0.5~1℃.min-1时,600℃处理后纤维的平均单丝拉伸强度〉1 000 MPa,此时于1 000~1 100℃烧成的纤维平均单丝拉伸强度可达800 MPa以上,纤维表面平整光滑,于1 200℃烧成的纤维内部开始出现α-Al2O3,于1 300℃及以上温度烧成的纤维内部α-Al2O3大量出现;升温速率〉3℃.min-1时,中温处理后纤维出现了较明显的粉化现象。

高效活化法制备活性碳纤维及其性能的研究

采用高效的活化方法制备高性能聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACFs),借助碘吸附、比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)等表征手段研究了活化时间和水蒸气的量对PAN-ACFs样品结构、吸附性能和力学性能的影响。结果表明,在张力大小为7 N条件下,水蒸气流量和活化时间对PAN-ACFs的吸附性能和力学性能均有一定影响;当活化时间和水蒸气流量分别为5 min和0.20 g/min时,样品的比表面积达到2 139 m2/g,单丝所能承受的拉伸载荷为2.27 c N,对应的单丝拉伸强度为0.60 GPa。

PAN基高性能活性碳纤维的制备及其性能研究

采用KOH和水蒸气协同活化方法制备出高性能聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACFs),借助碘吸附、比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)和SEM等表征手段研究了水蒸气体积分数φ_(水蒸气)对PAN-ACFs样品结构、吸附性能和力学性能的影响。结果表明,φ_(水蒸气)对ACFs样品的比表面积和单丝拉伸强度均有一定的影响;当ACFs样品的比表面积为1 759 m^2/g时,单丝拉伸强度达到0.67 GPa。与传统吸附材料相比,其综合性能有了明显提高。

磺化聚醚醚酮上浆剂的制备及其对碳纤维性能的影响

目的制备一种热塑性上浆剂,以期改善碳纤维的表面性能以及单丝拉伸性能。方法通过直接磺化法制备磺化聚醚醚酮水性上浆剂,并通过喷涂法对未上浆的T300碳纤维进行上浆处理,研究制得上浆剂的结构特征、性能以及其对碳纤维性能的影响。结果制得磺化聚醚醚酮的磺化度约为74%,以此为主浆料配制的水性上浆剂具有良好的成膜性和储存稳定性。经上浆处理后,碳纤维表面形成了连续的磺化聚醚醚酮上浆层,表面官能团含量明显增加,树脂微滴在纤维表面的接触角降低。此外,上浆层可以弥补纤维表面的部分缺陷,使得上浆后碳纤维的单丝拉伸强度提高了5%。结论磺化聚醚醚酮上浆剂可以有效改善碳纤维的表面性能及单丝拉伸性能。

基于化学修饰氧化石墨烯自组装沉积法制备的彩色碳纤维性能研究

碳纤维因其高比强度、比模量等优异性能而广泛应用于航空、汽车、能源等领域,如何在保持碳纤维复合材料优异力学性能的同时兼顾其功能性和智能性逐渐成为复合材料未来的发展方向。氧化石墨烯(GO)水溶液在碳纤维上通过沉积自组装能够形成类似一维光子晶体的结构色涂层,但该GO涂层与碳纤维间仅存在物理吸附力,界面性能不足。本文利用硅烷偶联剂(APTES)对GO进行化学修饰,将修饰后的GO(mGO)同样通过自组装的方法在碳纤维表面沉积制备出彩色碳纤维。探究APTES含量对mGO-CF界面剪切强度、拉伸力学性能的影响及生色机理。结果表明,APTES中氨基官能团的引入能够显著改善碳纤维与mGO的界面黏结性能,且多层膜结构的mGO可以弥补碳纤维表面缺陷,提高单丝碳纤维强度。与GO-CF相比,mGO-CF-15的单丝拉伸强度提高了12.4%,界面剪切强度提高了13.5%。

我国成功制备月壤基连续纤维

2020年6月9日,中国科学院新疆理化技术研究所等单位的研究人员在模拟月壤制备连续纤维领域取得进展。他们探究了月壤材料用于制备连续纤维的可行性,并制备出单丝拉伸强度超过1 400 MPa的月壤基连续纤维,其强度接近目前商业化的玄武岩纤维材料。

γ-射线辐照对聚丙烯腈纤维结构和强度的影响

采用γ-射线辐照方法对在氮气介质中的聚丙烯腈纤维进行处理，探索辐照剂量对纤维单丝拉伸强度和复合材料界面性能的影响。研究结果表明：在辐照剂量10-1000kGy范围内，随着辐照剂量的增加纤维单丝拉伸强度逐渐降低，同时辐照使得复合材料的层间剪切强度降低。进而采用原子力显微镜（AFM）对纤维表面形貌进行观察，用红外光谱（FT-IR）表征纤维表面化学结构，用X射线衍射（XRD）分析结晶状态，用差示扫描量热仪（DSC）测定纤维的耐热性能。

烧结温度对硼硅酸铝纤维组织结构和性能的影响

以硝酸铝、硼酸、次乙酸铝和硅溶胶为原料,采用溶胶–凝胶法制备硼硅酸铝纤维。借助于热重–差热分析、扫描电子显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜、Fourier红外光谱等分析手段,研究了烧结温度对硼硅酸铝纤维组织结构与性能的影响。结果表明:当烧结温度从800℃升高到1 000℃时,纤维的微观结构变得越来越致密,表面和断口越来越光滑,物相由非晶态向Al_4B_2O_9相转变,之后向Al_(18)B_4O_(33)相转变,1 000℃烧结后,可得到致密、光滑、晶粒细小的纤维。当烧结温度从1 000℃继续升高到1 300℃时,晶粒长大现象越来越明显,经1 200℃烧结,纤维表面变得粗糙,断口呈结晶状形貌,经1 300℃烧结,晶粒长大并趋于粉化,物相基本为Al_(18)B_4O_(33)相同时伴有少量Al_4B_2O_9相和莫来石相。纤维的平均单丝拉伸强度和弹性模量呈现先增后降变化趋势,1 000℃烧结后,拉伸强度和弹性模量达到最大值,分别约为1 300 MPa和138 GPa,且性能稳定性好。

碳纤维水性杂化上浆剂的制备及其上浆后力学性能

以一定比例的甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、对甲苯磺酸、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇制备含硅溶胶,将含硅溶胶和聚醚型水性聚氨酯的水溶液以一定比例复合,制备碳纤维水性杂化上浆剂。研究了不同配比对上浆剂平均粒径和稳定性的影响,结果表明:当水性聚氨酯含量为0.02g/mL时,上浆剂乳液平均粒径为99.94nm,粒径分布较窄,稳定性较好;使用制备的杂化上浆剂对碳纤维进行上浆处理,结果显示:上浆后碳纤维单丝拉伸强度较商用碳纤维提高4.45%,较未上浆碳纤维提高11.04%;与环氧树脂复合后的复合材料界面剪切强度比商用碳纤维增强环氧树脂复合材料的提高了13.74%。