四氯化锡催化法碳纤维中锡的存在对其力学性能的影响

一、前言聚丙烯腈纤维与四氯化锡催化后,碳化得到的碳纤维中含有金属锡,已经用元素分析、X 光分析、电子能谱等手段加以证实。含锡的重量百分数为10%左右。虽然锡在碳纤维中分布情况尚待进一步研究,但从已有的实验结果表明,锡不仅存在于表面,而且分散于碳纤维内部。由于锡在不同温度下,存在三种结晶状态(其力学性质有很大差别)。即灰锡四面体,熔点—13.2℃,白锡四方晶体,熔点161℃,     

催化法碳纤维的化学成分分析

催化法碳纤维是将聚丙烯腈均聚或共聚纤维经过路易士酸(例如四氯化锡)处理成耐焰纤维,再经过空气氧化后,进行碳化所得到的一种碳纤维材料。催化法碳纤维具有工艺周期短,碳纤维收率高,抗拉和抗折强度较高的特点。同时电子显微镜的观测也显示出它具有规整的微观结构。但是它也存在着含有催化剂残留的杂质和纤维相对含碳率低的缺点。为此必须将这种碳纤维的非碳元素及其存在状态作一详细的分析。     

日产一公斤碳纤维中间试验情况报告

我们在吉林化工研究院、上海合成纤维研究所以及上海651研究所、上海材料研究所、三机部有关厂、所等兄弟单位的支持下,研究碳纤维的工作,已从间歇式短纤维发展到多丝束连续预氧化、碳化的碳纤维。已建成的一条连续预氧化、碳化的中间试验流水线,采用吉林化工研究院和上海合成纤维研究所生产的聚丙烯腈长丝(纯聚)为原料,预氧化温度205—270℃,预氧化时间2小时左右,碳化温度1000℃,碳化时间半小时的工艺制度时,研制的碳纤维强度稳定在17000公斤/厘米~2以上,日产一公斤。     

高强度Ⅰ型连续碳纤维的制备方法

一、引言随着我国碳纤维的生产、研究、应用的发展,在要求较多数量的同时,对碳纤维的质量也提出了更高的要求。为此,我们于一九七六年开展了高强度Ⅰ型连续碳纤维的研制工作。本工作内容是:以吉林化工研究院硝酸一步法纺制的聚丙烯腈纤维为原料,以空气氧化法为基础,在保证一定原纤维质量及预氧化条件下通过改变碳化过程中惰性保     

PAN原丝预氧化工艺与氧元素含量相关性研究

利用差热、热重以及元素分析等测试手段测定了预氧化纤维中氧含量,分析了纤维的吸水性对氧含量测定结果的影响,讨论了预氧化温度、走丝速度及牵伸倍数与氧含量的关系,研究了预氧丝氧含量与碳纤维拉伸强度之间的关系.实验结果表明:不同预氧化纤维的吸水性对氧含量的测定结果有不同的影响;氧含量随温度的升高而增加,且温度越高,增加幅度越大;走丝速率越慢,相同温度下氧含量越高;预氧化低温牵伸有利于氧元素的扩散;可以从氧含量接近或处于10%～12%范围的预氧丝中制得较高强度的碳纤维,否则很难制得好的碳纤维.     

碳化过程中改性聚丙烯腈预氧化纤维的高温热应力应变研究

采用对比方法研究了高锰酸钾改性与未改性聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维在碳化过程中的高温热应力应变行为。表征了过程纤维的基本物化性质,并用SEM,WAXD,EA等对其结构进行了研究。研究结果表明,改性纤维的热应力应变变化可分为370,500,900℃前后4个区域。与未改性纤维相比,改性纤维的应力在370℃以下增长较快;370~500℃快速下降;500~900℃则迅速增高,同时比未改性PAN纤维应力增加20%以上;900℃以上应力基本保持稳定。大负荷下改性纤维易伸长,小负荷下易收缩,与未改性纤维的差别随负荷减少而减小,500℃以上,两种纤维应变速率变化趋势相近。热应力和热应变是纤维在碳化过程中聚集态结构、化学组成、热化学反应能力的综合体现。与热应变相比,热应力的变化趋势更显著,因而可采用控制碳化过程中纤维热应力的变化控制连续制备中纤维结构的变化。经KMnO4改性PAN纤维制取碳纤维的抗张强度比未改性纤维增加了约20%。     

碳纤维的X射线显微结构分析

前言碳纤维是六十年代以来发展起来的一种新型材料,具有高比强、高比模、耐高温、耐腐蚀、耐辐射、能导电、高温绝热性好、反射中子能力强等优点。它可以和金属、陶瓷或塑料复合成各种性能的复合材料。在航天、航空、导弹、原子、化工、机械等领域得到日益广泛的应用。碳纤维是由纤维状的有机聚合物(聚丙烯腈、粘胶或沥青)经预氧化、碳化、石墨化制成。由于热处理温度的不同,又分为石墨纤维(2500℃以上)和一般碳纤维(2500     

用电子显微镜研究四氯化锡催化法从聚丙烯腈纤维生产碳纤维

前言碳纤维复合材料是六十年代中期发展起来,用于航空和空间技术的一种新型材料。近十年来,这领域的发展极其迅速。目前国外多数是采用氧化法从聚丙烯腈(PAN)纤维生产质量较好的碳纤维,同时也在探索快速生产碳纤维的各种催化方法。然而,有关这方面的关键技术资料和系统研究的结果     

连续聚铝碳硅烷纤维的预氧化

聚铝碳硅烷(PACS)纤维预氧化过程是制备近化学计量比Si C(Al)纤维的关键步骤。而连续PACS纤维预氧化的氧含量控制是关键问题。采用实时测量设备对连续PACS纤维预氧化过程进行跟踪,用分段积分方法对PACS纤维进行非等温动力学模拟;利用实时测量数据用非线性优化方法求解,可以预测PACS纤维预氧化增重。本文在实验过程中,采用聚碳硅烷(PCS)纤维和PACS纤维进行对比研究。结果表明:在相同的预氧化条件下,两种纤维均在Si—H键反应程度为40%时出现凝胶点,反应后凝胶含量均达到100%,其氧含量分别为9.9wt%和14.7wt%;PACS纤维的Si—H键反应程度和增重均比PCS纤维低。利用实时增重数据,用Matlab的Lsqnonlin函数进行求解预氧化动力学方程,得到PACS的预氧化活化能为62.2 k J/mol,模型可准确的预测其预氧化过程中的增重率变化。     

碳纤维强度的复丝测试方法

随着我国碳纤维试生产规模的扩大以及应用研究的广泛开展,碳纤维强度的复丝测试方法,就显得十分重要。我所于74年曾建立了复丝测试方法,对连续预氧化间断碳化的复丝(未加捻、未上胶)样品进行了测定,结果表明复丝测试法较单丝测试法具有操作方便、计算简单、数据的迁移率小等优点,特别适用于检测大量试样的情况。根据工厂的特点,我们将原有的测试方法作了一些改动,用改动后的测试条件对日本东丽T—300碳纤维及我所试制的高强Ⅰ型碳纤维进行了大量的测试,结果较为满意。     

粘胶纤维原丝性能和碳化工艺对碳纤维性能的影响

为了探讨原丝的性能和碳化工艺与碳纤维性能的关系,我们采用不同品种、不同结构的粘胶原丝用直接碳化和增强热处理后再碳化、松弛状态和加张力下的碳化等不同碳化工艺,研究了碳化过程中的热收缩和重量的变化。结果表明,采用增强热处理后碳化工艺,可制得性能良好的碳纤维,在碳化过程中施加一定张力,对提高碳纤维强度有利。     

扫描电子显微镜研究聚丙烯腈纤维的织态结构和缺陷

高性能碳纤维及其复合材料是近十多年来国际上迅速发展起来的,用于航天和航空技术上的一种新型材料。聚丙烯腈(PAN)纤维是制造高性能碳纤维的重要原料。碳纤维的性能与所用PAN纤维的质量及生产碳纤维的工艺条件有密切的关系。特别是所用PAN纤维的织态结构(包括所有各级的超分子结构)及其缺陷对所制的碳纤维的结构和性能有很大影响。为制得高性能的碳纤维,必须尽可能去消除碳纤维表面和内部缺陷(这些缺陷限制了碳纤维的强度及强度的均匀性)。必须指出,PAN纤维的内部缺陷和一些外部缺陷往往将原封不动地保留在碳化后所得的碳纤维中,而且PAN纤     

共聚丙烯腈纤维热性能的研究

前言 自六十年代以来,聚丙烯腈纤维(PANF)就成为制备高强度高模量碳纤维的最重要的原料,制备PAN基碳纤维,首先要经过200-300℃的热处理,使PANF大分子氧化环化,变成耐热的梯形高聚物,这一步骤对制备高性能的碳纤维至关重要。在开发的初期,从纤维的高度取向和致密性良好的角度     

聚丙烯腈预氧化纤维的皮芯结构

前言从聚丙烯腈原丝制备碳纤维,预氧化是重要的环节之一。在高强度Ⅰ型碳纤维的制备过程中,虽然仍采用通常的空气预氧化方法,但是结合我国生产的原丝,提出了具有特点的分段升温并在各个预氧化阶段施加特定的张力的工     

取向非连续碳纤维复合材料制备与性能

将传统的连续纤维预浸料通过机械高频切割的方法制成取向非连续碳纤维预浸料,并固化得到取向非连续复合材料,研究复合材料的内部质量与力学性能,并与连续碳纤维复合材料和随机取向碳纤维复合材料的相关力学性能进行对比分析。结果表明:与连续纤维复合材料相比,纤维被切断后制得的取向非连续碳纤维复合材料内部质量良好,并保持了较好的力学性能,0°拉伸强度保持率在63%以上,弹性模量基本保持不变,0°弯曲强度保持率在85%以上,弹性模量保持率在78%以上,且远远优于随机取向碳纤维复合材料的力学性能。     

基于XRD的径向分布函数法研究碳纤维制备过程中的结构演变

采用X射线和径向分布函数研究分析了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维制备过程中的结构演变。结果表明,PAN原丝中存在着与石墨类似的结构,该结构是石墨微晶结构形成的重要基础;PAN大分子链最近邻链间间距为0.688nm;碳化温度在500～1250℃范围内的碳化纤维中的第三近邻距离均大于石墨晶体的第三近邻距离,表明碳纤维中没有形成平面构型的六元环石墨烯层片;在整个碳纤维的制备过程中,纤维结构经历了长程有序-长程无序、短程有序-长程有序的演变。     

用X射线衍射仪测量复合材料的纤维体积系数

目前确认纤维体积系数在确定纤维增强复合材料机械的、电的、热的和三维函数特性方面起很大的作用。纤维体积系数最常用的测量方法是燃烧法。就是切取一小块复合材料并称其重量,然后放入温度约500℃左右的炉子内,使树脂烧尽。称量剩余物(即纤维含量)的重量便可知纤维重量系数。纤维重量系数换成纤维体积系数采用下述公     

碳纤维表面处理及其对碳纤维／聚芳基乙炔复合材料力学性能的影响

聚芳基乙炔(PAA)是一种新型的热防护材料,但PAA为非极性树脂,作为基体材料使用时存在着化学结构惰性,不易润湿增强体———碳纤维(CF)的缺点。为此,本工作对CF采用表面氧化处理后接枝丙烯酸的改性方案,研究与非极性基体相匹配的界面特性。结果表明,阳极氧化处理增加了纤维表面的极性官能团,提高了与丙烯酸的接枝反应能力,从而在碳纤维表面引入了与PAA相似的双键结构,有利于改善CF/PAA复合材料的界面结合,使碳纤维 /PAA复合材料的力学性能大幅度提高。     

电化学处理对PAN 基碳纤维表面特征的影响

将PAN基碳纤维(东邦IM600-6K)在不同温度的酸性及盐类电解质溶液中进行电化学处理。碳纤维的表面性能采用SEM、XPS、亚甲基蓝(MB+)吸附、Raman光谱进行表征。结果发现碳纤维在电化学氧化处理后表面官能团增多而且沟槽加深。电解质及电解液温度对碳纤维表面特定官能团的生成量有影响,羟基和羧基的生成数量最多相差61.38%、98.59%;在酸性电解质溶液中处理的碳纤维表面含氧官能团较多,表面较粗糙。升高电解液温度有助于活性氧对碳纤维表面的氧化刻蚀。处理后的碳纤维表面微晶尺寸最多减少9.75%。     

航空航天用低成本碳纤维复合材料预成形件的自动化制造

从 6 0年代到 80年代 ,许多民用飞机的结构件都采用了碳纤维复合材料 ,如 196 8年麦道公司制造的ＤＣ10的方向舵 ;1979年由达索公司制造的空中客车Ａ310的垂尾翼盒和 1984年达索公司的空中客车和ＣＡＳＡ的Ａ32 0的水平安定面。目前 ,如果没有很高的制造费用 ,飞机碳纤维复合材料构件就不可能减轻重量和有耐久性。液体和树脂薄膜压膜的新工艺目前只被证明对于复杂的高成本零件是合理的。这是由于在模压前制造碳纤维预成形需要高成本的材料和劳动力。通过ＲＴＭ法加工零件 ,纤维用量达到 5 8%。制造各种规模蒙皮部件的成本模型表明采用这种工…