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%。     

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.     

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。     

基于AFM电场诱导氧化的纳米加工

研究利用STM/AFM进行电场诱导氧化加工以及环境(特别是湿度)对纳米加工的影响。通过理论推导得出生成氧化物的线宽与探针偏压有着密切的联系,分析了偏压和场强对氧化速度的影响,比较了相对湿度分别为53%和92%时的加工结果,并在理论上论述了温度对加工的影响。     

氧化石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能

采用机械研磨的方法制备氧化石墨烯(GO)改性环氧树脂(GH81),利用光学显微镜对GO在环氧树脂(H81)中的分散情况进行分析,通过流变仪和差示扫描量热仪对H81和GH81的热熔行为和固化行为进行表征。结果表明:GO均匀分散在基体树脂中,GO的加入不影响基体树脂的熔融黏度和固化条件;以GH81为基体树脂的碳纤维复合材料GH81-300的0°方向拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别为2270 MPa、2239 MPa和1529 MPa,分别较未添加GO时提高了6.4%、7.2%和7.1%。     

AFM诱导氧化加工Si纳米氧化线的一致性和连续性的研究

研究了在不同的偏置电压和扫描速度下加工的Si氧化线的一致性和均匀性,得到了加工高质量的Si氧化线的实验条件为:偏置电压8V,扫描速度1 μm/s。     

树脂配制方法的改进对双马树脂及预浸料性能影响

提出浆料混合法配制热塑性树脂改性聚醚酮(PEK-C)增韧的双马树脂,研究浆料混合法配制的双马树脂及其T700碳纤维预浸料的基本性能,并与传统热熔法进行比较.结果发现,与传统热熔法相比,浆料混合法显著提高树脂和预浸料的粘性和室温储存稳定性,预浸料由传统的无粘性变成粘性和可操作性良好,室温粘性和力学性能储存期由原来的20天提高到至少三个月以上,并且制备预浸料的涂布头温度和热压辊温度可降低30～40℃左右,明显改进了预浸料的制备工艺.复合材料的力学性能和耐热性测试结果表明,改变树脂配制方法对复合材料的力学性能和耐热性没有影响.     

预旋角度对预旋孔流动特性的影响

对预旋角度分别为30°,25°,20°和15°的预旋孔在压比1.1～1.9范围内的流量系数进行了实验测量和数值模拟。研究了压比和预旋角度对预旋孔进出口速度和气流角度、流量系数和预旋效率等参数的影响。流量系数的实验结果与计算结果符合良好,数据显示预旋孔流量系数和预旋效率随压比的增大显著增大。预旋角度的减小使流量系数基本保持不变,而预旋效率由于出气角度的减小而显著增大,最大增幅可达10%。     

铝含量对颗粒增强钛基复合材料氧化行为的影响

利用海绵钛、高纯铝与TiC/Al中间合金的反应,采用非自耗电弧熔炼工艺,原位合成不同铝含量的复合材料。研究复合材料在800℃和900℃空气中的恒温氧化行为,分析不同铝含量对复合材料氧化动力学行为的影响,并用配有能谱分析仪的扫描电镜对氧化层表面及横断面显微结构和成分进行分析。结果表明,复合材料的氧化动力学曲线主要为抛物线类型;随着复合材料中铝含量的增加,表层铝的氧化物增多,钛的氧化物减少,氧化膜厚度逐渐减小,结构也发生明显变化,抗氧化性逐渐增强。     

细旦粘胶基碳纤维及原丝结构的研究

对细旦与常规两种粘胶原丝进行了碳化试验，所制得的碳纤维强度细旦原丝的比常规原丝的高出34．9％。对两种原丝的形态结构及超分子结构也进行了研究。光学及扫描电子显微镜观察结果表明，细旦原丝比常规原丝截面圆整、表面光洁；广角X射线衍射分析的结果表明，两者结晶结构相同，细旦原丝结晶度高于常规原丝；小角X散射结果显示，细旦原丝10nm以上孔径的孔洞体积分数比较常规原丝低。     

高性能碳纤维表面分析及其力学性能研究

采用扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱仪对T700,T800-12K,T800-6K,T1000纤维表面状态及纤维与树脂基体的粘结性进行分析,并进行φ150mm容器力学性能考核.结果表明,T700,T1000纤维表面光滑,T800-12K,T800-6K纤维表面有明显沟槽,T1000试验后表面出现沟槽,T700-T1000表面活性基团含量较高,T800-12K纤维最低.T700,T800-6K,T800-12K,T1000纤维在φ150mm容器中强度转化率为89.7%,79.2%,79.1%,93.1%,分析认为纤维表面状态对其浸渍性有较大影响,改善浸润性是提高复合材料性能的关键因素之一.     

黏胶纤维在热解过程中微孔结构的演变

利用同步辐射X射线小角散射(SAXS)研究了黏胶基碳纤维原丝裂解过程中微孔的变化。结果表明:裂解过程中微孔沿轴向的半径由3.88砌逐渐增大到7.04nm,而垂直于轴向的半径则由3.86 nm减小至3.15 nm。因而,孔形由椭圆逐渐演变成针形,且取向趋向于纤维轴方向。分形研究表明:垂直于轴向的微孔分形雏数由2.40增大到2.61,而沿轴向的微孔分形维数则在2.00~2.23波动,说明随着裂解的进行,微孔结构逐渐趋于复杂化。微孔是影响纤维的力学性能主要因素,对纤维中的微孔结构的研究有着重要意义。     

Electromagnetism and Absorptivity of the Modified Micro-coiled Chiral Carbon Fibers

Micro-coiled chiral carbon fibers are modified by nano-Ni. X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM） are used to compare the composition and morphology of the unmodified and the modified fibers. The results show that electromagnetism parameters of the modified are different from those of the unmodified. After modification by nano-Ni, the micro-coiled chiral carbon fibers have decreased permittivity and electrical loss. The permeability and magnetic loss of the modified carbon fibers become larger than those of the unmodified ones. Moreover, the modification of unmodified chiral carbon fibers into the modified is much like changing hollow electric windings into those with magnetic cores inside. The modifier intensifies the cross polarization of the chiral carbon fibers and makes the permittivity and the permeability get closer to each other which improves the matching performance and enhances absorbability of coatings. In the range of 6-18 GHz, the reflectivity of the coating is 6-8dB and the bandwidth is 12 GHz. The area density of the coating is below 3 kg/m^2.     

国产CCF700-12K碳纤维及其复合材料的性能研究

文摘以某重要型号产品高强碳纤维材料国产化为研究背景,开展了CCF700-12K碳纤维及其复合材料力学性能、耐空间环境性能以及热性能研究。结果表明,国产CCF700-12K碳纤维拉伸强度为4 706 MPa,拉伸模量为268 GPa;CCF700-12K/F46复合材料单向板拉伸强度为1 958.8 MPa,拉伸模量为144.79 GPa;CCF700-12K碳纤维的力学性能优异,工艺性能稳定,能够满足复合材料结构工程应用要求。     

沥青基碳纤维热导率的间接法测量

文摘采用"四探针法"测定6种沥青基碳纤维单丝的轴向电阻率,通过3个经验公式计算得到其热导率,再将计算值与厂商公布值进行对比分析。结果表明:对于热导率600或300 W/(m·K)的碳纤维采用公式λ=1261/ρ计算得到的热导率值与厂商公布值最为吻合,而对于热导率在300~600 W/(m·K)的碳纤维采用公式λ=440 000/(100ρ+258)-295计算得到的热导率值与厂商公布值最为吻合。以此测试值为基础,建立了沥青基碳纤维单丝电阻率与其热导率的函数关系λ=152 740/(100ρ+22)-26,具有更强的普适性。     

铜川新区采暖期PM_(2.5)浓度与气象条件关系探究

利用铜川市新区2013年11月至2014年3月PM2.5逐时浓度和距离最近的耀县气象观测站同步气象观测资料,分析了PM2.5与环境气象条件的关系,表明本区域采暖期环境气象条件对PM2.5浓度影响显著。能见度越好、日照时间越长、气温越高,PM2.5浓度越小;风速越大、混合层高度越高,大气水平和垂直扩散能力越强,PM2.5浓度亦越小;而空气相对湿度越高、云量越多,PM2.5浓度越大。风速较大时一般混合层高度也较高,大气水平和垂直扩散能力均较强,PM2.5浓度较低。5mm以上连续性降水过程对PM2.5的净化效果明显,持续多日平均风速2.3m/s以上的较大风速过程也有很好的净化效果。2.0mm以下的单日降水在风速较小时净化效果不明显,1.0mm以下的微量降水在风速较小时还会使PM2.5浓度不降反升。     

高性能与高功能纤维的发展

概述了用于复合材料增强体的高性能纤维和具有各种物理与化学功能用途的高功能纤维的进展现状并推测其发展趋势。     

机场道面聚丙烯腈纤维混凝土性能分析

对素混凝土和聚丙烯腈纤维混凝土的抗疲劳性能、弯曲韧性和抗冲击性能进行了试验研究,并分析了聚丙烯腈纤维对机场道面分类值PCV的改善效果。结果表明,掺入聚丙烯腈纤维后,混凝土各项性能指标显著提高,道面PCV值增加8.4％,大大提高了机场道面的承载能力。     

温度条件对碳纤维上浆剂与双马树脂反应及其复合材料界面粘结的影响

为了研究工艺温度对复合材料界面的调控作用,设计采用三阶段固化工艺(即扩散、固化和后固化),考察了不同温度制度下3种碳纤维/双马树脂(BMI)复合材料界面粘结性能的变化规律。采用原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)深入分析了上浆剂对纤维表面粗糙度和化学特性的影响,研究了上浆剂的反应活性及其与双马树脂的反应性,采用微珠脱粘方法测试了碳纤维/树脂的界面剪切强度(IFSSs)。结果表明,200℃处理2h后3种碳纤维上浆剂均发生部分反应,并且170℃,2h后上浆剂均与双马树脂发生化学反应。对比不同温度条件可以发现后固化阶段对碳纤维/双马体系的界面剪切强度影响显著,未经后固化的复合材料界面性能最低;110℃和140℃恒温扩散阶段对碳纤维/双马体系的界面剪切强度的影响不明显。同种温度条件下,CF1和CF3上浆剂与双马树脂的反应程度高于CF2,相应的CF1和CF3与双马树脂的界面剪切强度较高,表明上浆剂与双马树脂间的化学反应程度是影响其界面粘结性能的主要因素。该研究结果对我国碳纤维上浆剂的研制具有参考价值。