碳纤维/磁性纳米颗粒/高分子共轴纤维复合支架构建及其对成纤维细胞的作用研究

目的构建碳纤维/磁性纳米颗粒/高分子共轴纤维复合支架,研究支架的微观形貌及理化性质,初步评价支架对成纤维细胞生长的作用。方法采用共轴静电纺丝技术制备纤维薄膜,芯层为聚乳酸,壳层为明胶,各层均含有Fe_(3)O_(4)纳米颗粒,在薄膜层中间加入碳纤维,得到复合支架。通过扫描电子显微镜观察电纺丝纤维及碳纤维的微观结构,使用四探针测试仪、震荡样品磁强计、电子万能试验机和差示扫描量热仪检测支架的电导率、磁滞回线、弹性模量和热行为。用激光共聚焦显微镜观察成纤维细胞形貌,利用细胞增殖-毒性检测试剂盒评价细胞活性。结果电纺丝纤维呈无规缠结状态,碳纤维均匀散布在电纺丝薄膜上。Fe_(3)O_(4)纳米颗粒和碳纤维的加入均提高了复合纤维薄膜的电传导性和弹性模量,Fe_(3)O_(4)纳米颗粒还赋予复合薄膜以超顺磁响应性。细胞在支架上能正常生长,与对照组相比,复合支架上细胞的骨架蛋白F-actin表达水平显著升高,且骨架纤维更具张力。结论复合支架获得了超顺磁响应性和导电性,并可显著促进成纤维细胞的生长。

中间相沥青基碳纤维原丝用油剂的研究现状

碳纤维已在众多领域发挥着越来越重要的作用,质量是其应用的保障,碳纤维原丝用油剂则是其中一个极其重要的质量把控点。经过多年的努力,我国中间相沥青基碳纤维已处于工程化开发进程中,因此亟需专用油剂以保障碳纤维产品的性能与质量。对国内外沥青基碳纤维原丝专用油剂的研究情况进行了总结和分析,具体涉及油剂分类、成分及其功能,以及上油工艺等,重点讨论了油剂成分及上油工艺的改进情况,并对我国中间相沥青纤维油剂今后的研发方向进行了探讨,以期为本行业的研究人员提供一定的帮助。

混合锆类粉体对高模量碳纤维表面改性的研究

混合锆类粉体是含有锆元素的无机陶瓷材料。采用溶胶-凝胶法与碳热还原法制备得到了ZrO_(2)、ZrB_(2)、ZrC、ZrN混合锆类陶瓷粉体,并利用连续上浆工艺将其涂覆到碳纤维表面。采用X射线衍射仪对锆类粉体进行了结构与组分的分析。通过扫描电子显微镜、热重测试研究了混合锆类粉体的加入对碳纤维表面形貌、耐热性能的影响。结果表明,实验条件下制备混合锆类粉体的最佳原料配比是n(Zr)∶n(B)∶n(C)=1∶2.5∶12,粉体的最佳烧结温度为1600℃,此时粉体中ZrB_(2)含量相对最多;高模碳纤维经过10%粉体上浆改性后,碳纤维的起始氧化温度从675.1℃升高到了717.9℃,氧化反应的表观活化能从76.41kJ/mol升高到115.43kJ/mol。

碳纤维与磷脂分子聚集行为相关性研究

采用碳纤维作为基底材料,并利用光学显微镜进行观察,研究了磷脂分子在蒸馏水和无水乙醇体系中的聚集行为。实验结果表明,碳纤维在磷脂分子聚集过程中不可缺少,是磷脂分子聚集的必要条件。选用水和乙醇的混合溶液作为观察溶液时,其比例会影响磷脂分子的聚集。使用纯乙醇制备磷脂膜,并配合纯净蒸馏水进行观察,可以清楚地观察到磷脂分子聚集行为主要有3种:一是磷脂双分子层脱落聚集成聚集体;二是磷脂分子直接聚集形成聚集体;三是"前驱体"诱导聚集为聚集体。因而磷脂分子的聚集方式不惟一。

聚丙烯腈纤维径向致密结构的光密度法研究

凝固过程聚丙烯腈(PAN)初生纤维在径向上各点的双扩散程度不同,可能会造成PAN纤维在径向上致密结构的差异。首先采用光密度法测定PAN初生纤维径向的致密结构及其差异性的可行性和影响因素,在此基础上采用光密度法研究了凝固浴温度对PAN初生纤维致密性结构差异的影响。结果表明:对于PAN初生纤维,采用纤维切片厚度为4μm、调整入射光强使背景灰度为140时进行PAN初生纤维光密度的测定;保持凝固浴浓度恒定不变,凝固浴温度从25℃升高到65℃会导致PAN初生纤维的灰度降低、光密度值增大、纤维径向皮部与芯部的光密度差值增大,这表明随着凝固浴温度的升高,纤维的致密性降低、径向致密结构差异增大。光密度法可以用来定量表征PAN纤维的径向结构及其差异。

石墨化温度对PAN基高模量碳纤维微观结构的影响

以日本东丽公司T800碳纤维为原料,经不同温度的连续石墨化处理得到性能不同的高模量碳纤维。利用X射线衍射(XRD)和激光拉曼光谱(Raman光谱)研究了5种自制PAN基高模量碳纤维(1#,2#,3#,4#,5#)的微观结构。结果表明:随着石墨化温度的升高,石墨微晶尺寸Lc、La10、La110及取向度均逐渐增大,而d002和取向角则逐渐减小。石墨化温度越高,碳纤维的石墨化程度越高,结晶度越大。

碳纤维/环氧树脂复合材料加速热氧老化研究

以T700-CF/828+TDE-85复合材料为研究对象,分别在160℃、180℃和200℃下对其进行了60天的加速热氧老化,研究了老化过程中复合材料的失重率、力学性能、玻璃化转变温度以及化学结构的变化,分析了其热氧老化机理。用TG法研究了该复合材料的热解动力学,应用Flynn-Wall-Ozawa法计算热解平均活化能(E=92.98kJ/mol),并用热解动力学参数预测材料的寿命。

低温碳化过程PAN氧化纤维骨架结构转变

为实现PAN纤维在低温碳化过程的结构调控,利用核磁共振碳谱(13C-NMR)研究了PAN预氧化纤维在500～800℃的低温碳化过程中骨架结构的演变.结果表明:在低温碳化过程中,随着碳化温度的升高,预氧化纤维骨架结构中饱和的CH、CH2和C O结构逐渐消失,共轭—HC C<和>C N—逐渐减小,共轭>C C<逐渐增加,纤维形成多层多环芳香结构;多环芳香结构平均层数与碳化温度密切相关,经500、600、700、800℃碳化处理后,纤维骨架结构中多环芳香结构平均层数分别达到1.29、2.17、2.81和3.42;在较低碳化温度(500℃),多环芳香结构平均层数随碳化处理时间延长增加不明显,在较高碳化温度(700℃),多环芳香结构平均层数随碳化处理时间呈线性增加.

PAN基高模量碳纤维微观结构研究

采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和拉曼光谱(Raman光谱)研究了3种自制PAN基高模量碳纤维(1#,2#,3#)的微观结构,并与M40J,M46J,M55J碳纤维进行了对比。结果表明:3种自制PAN基高模量碳纤维微晶尺寸的大小顺序为3#>2#>1#;1#到3#碳纤维表面和截面Raman光谱所获得的R值(D峰和G峰的积分强度比)均减小,石墨化程度升高,结晶性变好;1#碳纤维的结晶性介于M40J碳纤维和M46J碳纤维之间,2#和3#介于M46J碳纤维和M55J碳纤维之间;三者的石墨化程度略高于M46J碳纤维。

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。

PAN基碳纤维中硅的高温演变规律研究

在聚丙烯腈基碳纤维原丝制备的上油工序中引入了硅元素。采用直流电弧原子发射光谱（DC-Arc-AES）、电子探针显微分析（EPMA）、X射线光电子能谱（XPS）等研究了碳纤维申硅元素的高温演变规律。结果表明，随着热处理温度的升高，碳纤维中的硅含量逐渐减小，在1400-2000℃时含量减小幅度达到85％，纤维芯部和边缘的硅元素都在流失，硅系油剂的高温演变产物主要是SiO2。

中间相沥青基碳纤维镀镍制备吸波材料

为制备中间相沥青基镀镍碳纤维,本文对比研究了电磁搅拌法和超声波法两种镀镍工艺,结果表明,两种工艺均可制备出表面镍含量较高的碳纤维,但超声波法制备的镀镍碳纤维的连续性优于电磁搅拌法,适合后续结构型吸波复合材料的制备。对镀镍碳纤维的电磁性能的研究发现,镀镍后碳纤维的电损耗参数下降,磁导率提高,利于低频带吸收。利用中间相沥青基镀镍碳纤维制备出树脂基复合材料,对其吸波性能进行测试,研究结果发现:以镀镍纤维层间全平行排布铺层制备的复合材料与未加镀镍碳纤维的相比,同时提高了在低频带和高频带的吸波效果,在14.88GHz吸收峰峰值为-27.62dB,低于-5dB的累积频宽约为14GHz,低于-10dB的累积频宽约为6.5GHz,吸波效果明显。

螺旋形碳纤维的制备及其储锂性能

用镍片和PCl3分别作为催化剂和助催化剂,通过催化裂解乙炔制备出形貌规整的螺旋形碳纤维。采用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)对螺旋形碳纤维的组成和结构进行分析。通过恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等手段表征螺旋形碳纤维的电化学性能并对其储锂机理进行分析。结果表明,在50mA/g电流密度下,首次放电容量为513mAh/g,充电容量300mAh/g,经30个循环后可逆容量增至314mAh/g。对比分析螺旋形碳纤维与天然石墨的循环伏安曲线和充放电曲线,发现二者的储锂方式明显不同,天然石墨的主要储锂区间在低电位进行,而螺旋形碳纤维的储锂电压区间较宽。这与螺旋形碳纤维中存在着较多微孔和缺陷有关,这种结构有利于锂离子在材料中的快速存储,因此螺旋形碳纤维具有较高的大电流循环性能。

预炭化过程中升温速率对碳纤维结构与性能的影响

借助13C核磁共振波谱(13C-NMR),X射线衍射(XRD),拉曼光谱(Raman)等表征手段,研究了预炭化过程中聚丙烯腈基热氧稳定化纤维的热化学反应以及微观结构的变化,且重点研究了预炭化过程(400～800℃)升温速率对纤维热应力、结构、力学性能的影响。结果表明:随着预炭化升温速率的提高,纤维类石墨层间距d002呈现出先减小后增大,晶区堆叠厚度Lc呈现出先增大后减小的的趋势;与之相对应的纤维拉伸强度和拉伸模量则呈现出先增大后减小的变化;当升温速率达到132℃/min时,d002和Lc分别出现最小值和最大值,此时所得碳纤维的力学性能最高。

碳纤维复丝和单丝拉伸性能测试方法

简要介绍了碳纤维复丝和单丝拉伸性能测试中线密度测定、试样制备、预加载设定的方法以及拉伸试验中的注意事项,这些都是精确测试碳纤维力学性能的重要影响因素。

碳纤维表面物理结构对复合材料界面剪切强度的影响

以3种典型碳纤维为研究对象,通过碳纤维断面形貌的扫描电镜分析,采用Photoshop对纤维截面特征进行有效提取并由Matlab编写程序,获得了碳纤维表面沟槽深度、宽度、个数等参数的统计信息,据此进一步计算了圆形度、沟槽深宽比、表面不规整度以及沟槽密集程度等物理量,建立了碳纤维表面物理沟槽结构的定量表征方法。在此基础上研究了原丝制备过程中的凝固环境对碳纤维表面物理结构的影响,并发现:当凝固浴温度由25℃升高至45℃时,碳纤维表面的沟槽深度及宽度均会逐渐减小,深宽比降低,沟槽形状逐渐趋于平缓,同时碳纤维的表面不规整度减小了约7.5%,而沟槽密集程度增加了约50%。采用上述具有不同表面物理结构特征的碳纤维作增强体制备复合材料,微滴脱粘测试结果表明:碳纤维复合材料的界面剪切强度(IFSS)随纤维表面的沟槽尺寸、沟槽深宽比及表面不规整度的增大而逐渐提高。

聚丙烯腈基活性碳纤维吸附CO_2的性能

以国产聚丙烯腈(PAN)基碳纤维为原料,采用KOH为活化剂制备PAN基活性碳纤维。测定了不同ACF样品的CO2吸附量,并通过氮气吸附、碘吸附以及红外光谱对所得活性碳纤维的比表面积、孔结构及表面官能团进行表征。研究了活化温度、活化时间和表面改性对活性碳纤维CO2吸附量的影响。结果表明,活化温度是影响活性碳纤维CO2吸附量的主要因素。当活化温度为850℃时,所得活性碳纤维BET比表面积为1235m2/g,微孔比表面积为745 m2/g,在吸附温度为273 K、吸附相对压力P/P0为1时,CO2的吸附量达到87.29 mL/g。

聚丙烯腈基碳纤维高温处理过程中石墨微晶的生长

分别采用激光拉曼光谱法(Raman)、广角X-射线衍射法(WAXD)研究并比较了聚丙烯腈基碳纤维在高温处理过程中,石墨结构形成时微晶的生长,尤其是在宽度方向上的增长规律。结果表明,在所选取的高温处理温度范围内,随着处理温度的不断提高,在石墨层面间距不断减小的同时,微晶在宽度方向上的增长基本上呈线性。拉曼光谱和X-射线衍射两种分析手段均能有效表征石墨微晶及片层结构,但由于基本空间模型的不同,两者所反映的基本结构信息有一定差别。

碳纤维复丝的拉伸性能

根据GB/T 3362-2005选用环氧树脂E44和E51两种常用固化体系,测试了不同规格碳纤维的拉伸性能。结果表明:在胶液种类、胶液浓度、固化温度、固化张力、含胶量、加载速率和应变限等制样和拉伸测试条件一定的前提下,拉伸性能的测试数据仍然在一定范围内波动,分析其原因认为是碳纤维复杂的制备工艺导致其产品性能存在波动;当固化时间不小于30min树脂完全固化时,固化体系种类与固化时间对碳纤维拉伸性能测试结果的影响较小;两种树脂固化体系得到的拉伸性能数据具有一定的可比性;碳纤维属于脆性材料,用测得的拉伸强度与模量依据虎克定律推算得到断裂伸长率的方法合理可行。

表面接枝聚丙烯腈的碳纳米管/聚丙烯腈初生复合纤维的制备

碳纳米管(CNTs)被修饰后表面接枝上聚丙烯腈(PAN),采用溶液聚合法合成复合纺丝液,并利用湿法纺丝技术制备PAN/CNTs初生复合纤维。采用FT-IR,HRTEM,TG等方法分析CNTs表面修饰前后状况,用XRD和SEM分析接枝CNTs对PAN初生纤维结构的影响。结果表明:CNTs表面成功接枝上PAN,二者之间具有较强的相互作用力,接枝CNTs的加入使PAN初生纤维的结晶度从36.92%提高到38.81%,晶粒尺寸从4.40nm增大到4.89nm,初生复合纤维的断面结构更加细化。