包载型聚丙烯腈/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维制备及其隔热性能

针对传统气凝胶纤维后处理操作复杂、加工不稳定等问题,且为有效集成纳米气凝胶与纳米纤维功能和结构优势,本文围绕新型气凝胶复合纳米纤维成形与结构调控的关键难题,利用溶液喷射同轴纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)与SiO_(2)气凝胶通过一步法制备PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维,研究了复合纳米纤维中SiO_(2)气凝胶质量浓度对纤维形态结构、稳定性、孔径分布、隔热性能的影响。结果表明:所制备的PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维形态结构上呈三维卷曲状,SiO_(2)气凝胶的引入使纤维表面形成多孔褶皱型结构,且纤维表面的微孔、介孔含量随SiO_(2)气凝胶质量浓度的增加逐渐增多;该气凝胶复合纳米纤维具有优异的隔热性能,当SiO_(2)气凝胶质量浓度为6 mg/mL时,PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维在40℃的导热系数低至0.03738 W/(m·K),未来在服用保暖、工业隔热、军用热红外屏蔽等方面具有广阔的应用前景。

纺织级聚丙烯腈纤维组成对预氧丝制备的影响

采用专用级和纺织级聚丙烯腈(PAN)原丝制得预氧丝,分析了不同来源PAN原丝的黏均相对分子质量及组成成分,探究了纺织级PAN原丝在预氧化过程中的放热及热解过程,并与专用级PAN原丝进行了对比。结果表明:相较于专用级PAN原丝,纺织级PAN原丝黏均相对分子质量较小,为(5~8)×10^(4),断裂强度略低,第二单体以醋酸乙烯酯(VAc)为主;以VAc为第二单体的纺织级PAN原丝的环化反应过程更加温和,且随着第二单体加入比例增大,所得预氧丝的环化程度下降;第二单体VAc摩尔分数为2.4%的纺织级PAN原丝制得的预氧丝的环化指数达到0.64,断裂强度为(2.67±0.22)cN/dtex,该PAN原丝无需进行交联等预处理即可制得低成本预氧丝。

聚乙烯亚胺/聚丙烯腈复合纤维薄膜的制备及其功能化应用

针对金属-空气电池阴极易腐蚀的问题,将聚乙烯亚胺(PEI)和聚丙烯腈(PAN)共混,基于静电纺丝方法制备PEI/PAN复合纤维薄膜,抑制CO_(2)对空气阴极的侵蚀。借助计算机模拟方法计算PEI/PAN复合纤维薄膜的最佳成分配比,采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外吸收光谱仪、同步热分析仪等对PEI/PAN复合纤维薄膜的物理特性、CO_(2)吸附性能进行表征和分析。以铝-空气电池为例,通过电池测试系统分析了PEI/PAN复合纤维薄膜对电池电化学性能的影响情况。结果表明:基于静电纺丝技术可成功将PEI嵌入PAN纤维中,所制备的PEI/PAN复合纤维薄膜纤维直径均一且表面光滑;当PEI/PAN复合纤维薄膜中的PEI质量分数为50%时,在100 kPa条件下其CO_(2)吸附量可达1.86 mmol/g;在金属-空气电池阴极添加PEI/PAN复合纤维薄膜,相较于传统铝-空气电池,其比容量提升19.5%,放电时间延长20.4%。

木质素结构对聚丙烯腈/磨木木质素基碳纤维机械性能的影响研究

从3种典型生物质原料(银杏、麦草、杨木)中提取了3种不同结构的磨木木质素(MWL),利用核磁共振仪对MWL的连键及官能团进行定性及半定量分析;将不同MWL与PAN共混,通过静电纺丝技术制备PAN/MWL基碳纤维,通过SEM、XRD对其表面形貌和结晶度进行表征,并通过拉伸实验测试其机械性能。结果表明,MWL的加入能显著增强碳纤维的机械性能,相比于PAN基碳纤维[拉伸强度为(76±10)MPa],PAN/银杏MWL基碳纤维的拉伸强度可达(134±12)MPa。

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。

高性能碳纤维双马树脂复合材料在航空领域的应用

聚丙烯腈基碳纤维因其高强度、轻质、耐疲劳等优异性能,被用于制备高性能复合材料,成为先进复合材料的主要增强纤维材料之一,已广泛应用于航空、航天等尖端技术领域。高强中模碳纤维增强树脂基复合材料是当前及未来长期内主要的航空结构复合材料。综述了国内外高强中模碳纤维的发展现状,介绍了基于高强中模碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料的性能特点及其在航空领域的应用,并展望了我国高强中模碳纤维产业的发展前景。

五种野生竹材纤维形态及化学成分分析

研究了吊丝竹、梁山慈、四川硬头黄、粉单竹和斜杆思劳竹的纤维形态和化学组成,发现在纤维形态上几种竹子的重量加权长度都大于1.5 mm,纤维长宽比在90~160之间,纤维细胞狭长,是优良的造纸原料。对比化学组成,梁山慈的综纤维素含量最高(64.70%),抽出物(4.35%)、灰分(1.23%)含量较低。进而研究了NaOH-戊醇两相预处理对梁山慈竹分离得到的半纤维素和木质素的化学结构和性质的影响,发现预处理得率、纤维素保留率随着温度上升而下降,半纤维素和木质素脱除率随温度上升而提高。分离的木质素和半纤维素分子量较高,半纤维素主要为阿拉伯木聚糖,含有4-O-甲基葡萄糖醛酸,木质素为典型的竹材HGS型木质素。

不同菜豆种质资源中荚壁纤维含量及组成分析

菜豆荚壁纤维含量直接影响口感品质,是品种选育的重要指标。为了研究不同种质资源中菜豆荚壁纤维的含量及其组成成分,对158份菜豆商品种质荚壁的粗纤维素、纤维素、半纤维素、木质素含量进行测定分析,其次分别对粗纤维素含量高和低的两个种质不同发育时期的荚壁纤维含量、木质素合成相关酶活性和MDA含量进行测定。结果显示,可将158份菜豆种质按粗纤维素含量的高低分为3类:第Ⅰ类为高纤维含量,第Ⅱ类为中纤维含量,第Ⅲ类为低纤维含量。木质素是引起菜豆荚壁纤维含量升高的主要因子,超氧化物歧化酶(SOD)活性越高越不利于木质素的积累,丙二醛(MDA)含量和过氧化物酶(POD)活性升高则加速其木质化进程。

口罩用抗菌复合纤维膜的制备及性能研究

为了提高聚丙烯(PP)熔喷布的过滤效率,通过静电纺丝法制备了PAN/PP复合纤维膜,研究了工艺参数对其过滤效率、过滤气阻和抗菌性能的影响。测试结果表明:相对于PP熔喷布,复合纤维膜对盐性颗粒物和油性颗粒物的过滤效率均有明显提升。当纺丝液质量分数12%、纺丝电压10 kV、纺丝时间90 min时,复合纤维膜的过滤效率最高。当纺丝液质量分数10%,纺丝电压10 kV时,复合纤维膜的抑菌性能随着纺丝时间的增加而增强,经过90 min的静电纺丝后,复合纤维膜已具有一定的抗菌性能。认为:制备的PAN/PP复合纤维膜用作口罩等呼吸防护用过滤材料具有一定的性能优势。

原位制备磁性碳纳米纤维复合气凝胶及其吸波性能研究

以聚丙烯腈(PAN)为碳源,在PAN纺丝液中引入磁性材料乙酰丙酮铁,通过静电纺丝制备复合纳米纤维膜,再通过预氧化、高温碳化制备磁性碳纳米纤维(FeCNF);然后用水性聚氨酯和可溶性淀粉作为黏结剂,采用冷冻干燥和高温热解法制备碳纳米纤维复合气凝胶(FeCNFA);研究了FeCNF的化学结构、FeCNFA的微观形貌和吸波性能,并探讨了FeCNFA的吸波机理。结果表明:通过静电纺丝法成功在FeCNF中引入了磁性材料,纤维内部的磁性成分主要是四氧化三铁及铁碳合金;FeCNFA内部呈现三维多孔结构;随着热解温度的升高,FeCNFA的吸波性能逐渐变弱,热处理温度为400℃时FeCNFA表现出良好的吸波性能,在匹配厚度为3.0 mm时FeCNFA的反射损耗为-40.27 dB,且有效吸收带宽(EAB)可达5.28 GHz,在匹配厚度为2.6 mm时EAB可拓宽到5.68 GHz;FeCNFA的吸波机理以介电损耗为主要机制,磁损耗中主要以涡流损耗为主。

含木质素的聚丙烯腈增塑熔融纺丝

本文对聚丙烯腈(PAN)/酶解木质素(EHL)混合物的增塑熔融纺丝进行了研究,并对获得的纤维的结构与性能进行了分析。采用单螺杆纺丝机在150~200℃可以实现PAN/EHL的增塑熔融纺丝,在不同的卷绕速度下(200~500m/min)可得到均匀连续、直径在35μm左右的卷绕丝。本文采用傅里叶红外(FTIR-ATR),热失重分析(TGA),扫描电镜(SEM)和X射线衍射等手段对纤维进行表征。结果表明,增塑剂脱除后对纤维表面和断面形貌进行观察发现,纤维表面基本光滑,径向结构均一,无皮芯结构,两相间具有良好的相容性。木质素的加入使得PAN/EHL增塑熔纺纤维的热稳定性及碳收率明显提高,同时结晶度下降。

碳纳米管/聚丙烯腈复合纤维的制备及结构研究

通过原位聚合的方法制备了碳纳米管/聚丙烯腈(CNTs/PAN)聚合液,用湿法纺丝工艺制备了CNTs/PAN复合纤维,分析了复合纤维流变性能、热性能及截面形貌。结果表明:CNTs的加入使得聚合物溶液出现了假凝胶化,粘度和弹性均有所上升,纺丝时溶液细流的表层遇水迅速凝固成致密的皮层,影响了纤维芯部的二甲基亚砜(DMSO)和水的双扩散作用,凝固丝出现了很明显的皮芯结构,CNTs的加入还使得纤维预氧化放热过程得到了缓和。

牛奶丝酸性和中性染料的染色性能

采用Everacid酸性染料和Everset中性染料对牛奶酪素蛋白与丙烯腈接枝共聚纤维(简称牛奶丝)进行染色试验。染液pH值、染色温度、元明粉等对上染率的影响,以及这两类染料在牛奶丝上的染色速度和提升性能的研究表明,牛奶丝染色受pH值影响很大,说明染料与酪素蛋白之间的离子键结合对染料上染起重要作用;元明粉在各pH值下对上染率的影响显示,牛奶丝的等电点约为4;酸性染料对牛奶丝的初染率高、初染速度快,但80℃恒温下的上染速度却慢于蚕丝和羊绒;牛奶丝染色对pH值的敏感性大于蚕丝和羊绒,且其酸性染料上的提升力较蚕丝和羊绒差。

牛奶丝活性染色性能研究

对牛奶丝采用毛用和棉用活性染料染色,研究纯碱用量、温度和染色方法等对棉用活性染料染色的影响,并测定上染百分率、固着百分率和固着效率。结果表明,毛用活性染料不适用于牛奶丝染色;双一氟均三嗪、乙烯砜硫酸酯/一氯均三嗪型棉用活性染料可用于牛奶丝染色,固着率高,提升性好。染色时纯碱的用量较低,且可在与棉相近的染色温度下进行染色。

植物纤维与工程塑料复合的研究现状及展望

综合国内外相关研究资料,介绍了植物纤维及其木质素组分与工程塑料复合的研究现状及进展,并对存在的问题进行了分析,同时提出可将一种新型木质素基高分子物质——木质素酚加入到化学浆纤维和工程塑料之间,以开发新型复合材料。

玻璃纤维增强木质素/PP复合材料结构和性能的研究

采用熔融共混和模压成型方法,制备了玻璃纤维(GF)增强木质素/聚丙烯(PP)复合材料,研究复合材料力学性能、热性能、晶型结构和微观结构。结果表明:当GF加入质量分数为30%时,复合材料的冲击强度、弯曲强度和弯曲模量较未加GF的分别提高了1.21,1.74和0.79倍;热稳定性、结晶性和结晶速率也有明显的提高。利用扫描电镜观察其断裂形貌,探讨其增韧机理。

纺丝工艺对炭纤维缠绕复合材料强度转化率的影响

通过不同纺丝工艺的聚丙烯腈基炭纤维表面状态、NOL环及Φ150 mm容器的实验研究,分析了不同纺丝工艺对湿法缠绕复合材料聚丙烯腈基炭纤维强度转化率的影响。结果表明,干喷湿纺炭纤维比湿法纺丝Φ150 mm容器环向纤维强度转化率要高出11.9%~15.4%,湿法纺丝的炭纤维复合材料NOL环层间剪切强度要比干喷湿纺炭纤维复合材料高7.4~34.1 MPa。因此,干喷湿纺的炭纤维可应用于固体火箭发动机缠绕壳体、压力容器等主要承受拉伸应力的领域,可充分发挥其纤维强度;而湿法纺丝工艺制成的炭纤维与树脂基体结合紧密,利于载荷的传递,可应用于承受压缩剪切等复杂载荷的领域,从而发挥这两种纤维各自不同优势。

电子束辐射接枝对PAN基碳纤维的表面改性

采用电子束加速器辐射接枝方法对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行表面改性,研究了接枝单体种类对接枝率及其环氧树脂基复合材料力学性能的影响,分析了辐射接枝前后PAN基碳纤维的表面形貌与化学结构以及其复合材料界面断口的形貌变化。结果表明:电子束辐射接枝改性的PAN基碳纤维表面粗糙度增加,表面活性官能团增多,与树脂的机械锲合作用增强,其树脂基复合材料断口表而较为平整;乙二胺/水溶液体系是辐射接枝改性的理想溶液,在200 kGy的电子束辐射下,PAN基碳纤维表面的接枝率为6.66%,复合材料的层间剪切强度提高了45.1%。

静电纺丝法制备MnO_x掺杂聚丙烯腈碳纤维及其对超级电容性能的影响

利用静电纺丝技术制备了不同乙酸锰(Mn Ac2)含量的聚丙烯腈(PAN)基复合纤维(Mn Ac2/PAN),经预氧化和高温碳化后得到Mn Ox/C复合纤维;利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和热重分析(TGA)等方法对纤维进行结构表征,并利用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗技术对复合纤维进行了电化学性能测试.结果表明:复合纤维表面相互粘连形成三维枝状结构,这种结构有利于碳纤维之间导电性的提高;掺杂Mn Ox后碳纤维的超级电容性能得到显著提高,其中乙酸锰质量分数为2%和4%的Mn Ac2/PAN纤维碳化后的产物在0.05 A/g时的比容量分别高达186.0 F/g和156.4 F/g,而纯PAN碳纤维的比容量仅为90.0 F/g.

梯度复合聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及其过滤性能

为发挥纳米纤维膜在高效空气过滤材料领域的作用并实现连续化生产,通过自制静电辅助溶液喷射纺丝实验机,采用Box-Behnken试验设计方法,建立了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维直径和纺丝工艺参数的关系。利用在线复合方式连续制备了不同直径梯度复合的PAN纳米纤维膜并将其用于空气过滤领域,并对纤维膜的结构和形貌进行了表征。结果表明:通过调整纺丝工艺参数可有效地实现对纤维直径的控制;同时由该技术所制得的复合膜在消除静电后,通过物理筛分作用,对0.4μm的癸二酸二辛酯粒子具有99.923%的过滤效率和117 Pa的压降,对大于0.8μm的粒子具备100%的过滤效率。