碳纤维增强木质素基酚醛树脂复合材料的制备及其性能

采用碱催化酚化的方式增加木质素反应活性以替代苯酚,用于制备酚醛树脂及碳纤维增强木质素基酚醛树脂复合材料,探讨了碱催化酚化工艺条件对木质素结构的影响,表征了不同取代比的木质素基酚醛树脂的结构,以及碳纤维增强木质素基酚醛树脂复合材料的形貌和力学性能。结果表明:经碱催化酚化的木质素反应活性明显增加,最佳工艺条件为温度90℃,时间90 min,碱用量4%(w);木质素基酚醛树脂与传统酚醛树脂结构相似,当木质素替代率为30%(w)时,可获得弯曲性能和层间剪切强度高的碳纤维增强木质素基酚醛树脂复合材料。

酚醛基电纺纤维的制备和分散形态研究

用电纺技术制备了酚醛纤维及碳纤维.用合成的甲阶酚醛(A-stage resol)和聚乙烯醇(PVA)在不同配比下进行电纺,然后经150℃固化处理1h,制得酚醛(PF)纤维.将PF和PVA质量比为1∶2的酚醛纤维在不同的温度下进行热处理,得到的纤维直径均小于200nm.用场发射扫描电镜(FESEM)观察并比较了纤维的直径和分散形态.用红外光谱(IR)证实了,在600℃下热处理后的酚醛纤维为碳纤维,分散形态最为理想.

PF/MCMB/石墨/CF复合材料燃料电池双极板的研制

针对目前机加工燃料电池石墨双极板、金属双极板的不足,研究了采用酚醛树脂(PF)、中间相碳微球(MCMB)、石墨和碳纤维(CF)为原料通过模压成型、渗碳烧结工艺制备复合材料双极板。结果表明,所研制的复合材料双极板具有更佳的综合性能,其制造成本低、效率高,碳元素含量达95%,压缩强度大于100MPa,弯曲强度大于30MPa,体积电阻率小于50×10-6Ω·m,所组装的单电池能满足燃料电池苛刻工作条件和性能上的要求。

纳米粒子原位杂化酚醛/炭纤维烧蚀防热研究

采用原位杂化方法分别制备了SiC、SiO2和Al2O3 3种纳米粒子杂化酚醛树脂,扫描电镜观察发现,纳米粒子均匀分散在酚醛树脂中,与酚醛树脂形成"海-岛"结构;热重分析结果显示,纳米粒子杂化酚醛树脂的降解过程分为3个阶段,通过Kissinger法对杂化酚醛树脂热分解活化能进行计算,发现纳米粒子能够降低树脂第1阶段的热分解活化能,而提高了树脂在第2阶段的热分解活化能;磨耗性能测试显示纳米粒子可提高酚醛树脂/炭纤维耐磨性能;氧-乙炔烧蚀法测试表明,纳米粒子能提高酚醛树脂/炭纤维复合材料的耐烧蚀性能。

二氧化碳-环氧丙烷共聚物电纺纤维形貌研究

利用电纺丝技术制备了二氧化碳环氧丙烷共聚物超细纤维,研究了喷丝口电势、纺丝距离、浓度、溶剂等因素对纤维形貌、直径及均一性的影响.实验结果表明,利用电纺丝法可以制备直径在小于200nm到7μm二氧化碳环氧丙烷共聚物纤维;喷丝口电势和浓度对于共聚物电纺丝纤维是否形成串珠结构有重要影响;电势、距离和纺丝液浓度都对纤维直径及分散系数有较大影响,在一定范围内,随着喷丝口电势增加,纤维平均直径变大而分散系数变小;纺丝距离增大使得纤维平均直径变小,分散系数变大;浓度的增大使得纤维平均直径变大,分散系数变小;不同溶剂配制的溶液体系制备的电纺丝纤维形貌有很大差异,在二氯甲烷和丁酮的体系中,分别观察到了两组较为集中的直径分布.

碳纤维增强树脂基复合材料的性能研究

在酚醛树脂中分别加入(质量分数,下同)5%,10%,15%,20%,25%和30%的短切碳纤维,经过模压成型后,对其磨损性能、硬度、导电性能进行了测定。结果表明,随着碳纤维含量的增加,材料的耐磨性提高,但其提高幅度随着碳纤维含量的增加而减小,最后降低为零;材料的硬度随着碳纤维含量的增加开始增幅较小,当碳纤维含量>10%时呈线性增加;材料的导电性能随着碳纤维含量增加而提高,电阻值下降与碳纤维的增加呈非线形关系,有一个约为15%的渗滤阀值;碳纤维含量<15%时,电阻率很大,碳纤维含量15%时,电阻值突然变小,说明碳纤维含量>15%时,复合材料具有一定的导电性能。

酚醛树脂/纳米碳材料复合保温材料的制备

分别以碳纳米颗粒(CNPs)、碳纳米纤维(CNFs)和碳纳米管(CNTs)等纳米碳材料为填料,采用悬浮法制备了酚醛树脂(PF)/纳米碳材料复合保温材料。与PF相比,所制PF/纳米碳材料复合材料的力学性能和阻燃性能都有不同程度的提高,并且仍具有较好的保温性能。CNFs与CNTs在PF基体中的分散性较好,CNPs容易发生团聚。采用CNFs改性的PF/CNFs复合材料的综合性能最好,当w(CNFs)为10%时,PF/CNFs复合材料的拉伸强度为6.7MPa,悬臂梁缺口冲击强度为26.0 MPa,弯曲强度为9.8 MPa,线烧指数和质烧指数分别为38.8μm/s和32.6 mg/s,热导率约为0.030 W/(m·K)。

木质素酚醛树脂碳纤维的制备及表征

用不同比例的木质素与甲醛、苯酚合成酚醛树脂,并进一步制备成碳纤维。应用热失重和元素分析研究了木质素酚醛树脂的碳化过程,结果表明,木质素的加入提高了树脂的热性能,降低了树脂的热降解程度。应用扫描电镜研究了木质素酚醛树脂碳纤维的微观结构,研究发现木质素含量的不同对碳纤维内部的微孔孔径具有可控作用。

多功能空气过滤用静电纺玉米醇溶蛋白非织造材料形貌调控

将玉米醇溶蛋白溶解于不同配比的乙醇/水溶剂中,通过静电纺丝技术制备微纳米非织造材料;通过溶剂熏蒸处理该材料,研究玉米醇溶蛋白微纳米非织造材料的纤维形貌对空气过滤性能的影响。当溶剂中乙醇与水的质量比为6∶4时,玉米醇溶蛋白纤维截面呈圆形,纤维呈圆柱状;当乙醇与水的质量比大于6∶4时,玉米醇溶蛋白纤维截面呈椭圆扁平状,且纤维呈自转曲的带状;当乙醇与水的质量比为7∶3时,带状纤维膜平均孔径最小、空气滤效最高。在纺丝时间相同情况下,与圆柱状纤维膜相比,带状纤维膜的厚度增加76.19%,孔隙率提高37.59%,滤效提高3.85%,滤阻下降72.63%,品质因数提高334.72%。熏蒸处理后带状纤维膜断裂强度提高约5倍。该非织造材料能有效去除甲醛,可为静电纺玉米醇溶蛋白纤维在高效低阻的多功能空气过滤领域的应用奠定基础。