水对ＰＡＮ／ＤＭＳＯ／Ｈ２Ｏ的流变行为和原丝性能的影响

研究了水对PAN/DMSO/H2O纺丝液的流变行为和可纺性能的影响.结果表明,在较高的剪切速率下,PAN溶液表现出"切力变稀".而在较低的剪切速率下,随着温度的增加,溶液黏度逐渐变低.水含量对溶液的黏度有较大影响.随着体系中水含量的不同,H2O-PAN之间的水和作用于水的脱溶剂作用之间形成竞争,从而决定黏度的变化.适量水的加入可以提高纤维的力学性能.随着纤维拉伸倍数的增加,聚丙烯腈纤维的断裂强度增加,断裂伸长率下降.在一定的纺丝条件下,随着含水量的增加,纺丝原液的可纺性会降低.而适量的水有利于获得具有弥散状微孔的均一结构的原丝.     

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。     

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.     

PAN纤维在惰性气氛中的热稳定化反应进程

在惰性气氛条件下,将PAN原丝在180-280℃进行恒温热处理.通过傅里叶变换红外、13C固体核磁共振方法研究了PAN纤维在热稳定化过程中的结构演变规律,并对PAN纤维的热稳定化反应进程进行了探索.结果表明:随着热处理温度升高,共聚单体中的羧基首先引发环化交联反应;在220℃左右开始发生剧烈的环化交联反应;当热处理温度...     

连续聚合制备聚丙烯腈原丝强度与聚合控制温度的相关性北大核心CSCD

在采用连续聚合工艺方式进行聚丙烯腈(PAN)原丝工程化生产时,聚合过程的控制工艺与原丝的性能有着直接的联系。主要研究了在以丙烯腈(AN)、衣康酸(IA)和2-丙烯酸胺基-2-甲基丙磺酸(AS)为共聚单体的三元共聚体系,通过一套三釜串联的装置采用连续聚合的方式制备PAN的工艺路线中,反应温度这一主要聚合控制工艺与PAN原丝强度的相关性联系。结果表明:聚合反应温度可直接影响到纺丝液的特性黏度、增比黏度,进一步影响纺丝后得到的原丝的结构及性能;随着聚合反应温度的逐步降低,纺丝液的增比黏度逐渐上升,而对应原丝的强度呈现先增加后降低的趋势,当反应温度降至61℃时,原丝的强度达到本实验的最大值(6.8 cN/dtex)。     

高温度梯度定向凝固下Ni-NbC合金的组织演化

在温度梯度300K/cm和定向凝固速率5～20μm/s下,Ni-10.6wt%NbC合金以平界面方式凝固,当凝固速率达到50μm/s 时,合金凝固组织中出现共晶胞状组织.随定向凝固速率的增大,三叶状和点状形态的NbC相向条状NbC相过渡.当定向凝固速率从2μm/s跃迁变化到10μm/s时,Ni-10.6wt%NbC合金凝固组织仍然以规则共晶生长;而跃迁变化到50和100μm/s时,出现起伏较大的共晶胞状组织和初生相Ni枝晶的生长.另外采用速率跃迁变化可以细化恒定定向凝固速率下的组织,组织的细化是通过NbC相重新成核,使纤维间距减少进行的.     

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。     

硝化纤维素溶液冰冻过程中的折光指数增量

用定量体积排斥色谱（ＳＥＣ）的方法,以示差折光检测器的响应为基础,测定了硝化纤维素溶液冰冻及其加热以后的折光指数增量。结果表明：冰冻后,由于分子链发生链内凝聚（缠结）,硝化纤维素分子链周围溶剂化溶剂分子数减少,使硝化纤维素溶液的示差折光指数增量增加。加热后,由于硝化纤维素分子链获得能量,链内缠结点解开,溶剂化溶剂分子数增加,造成硝化纤维素溶液的折光指数增量降低。由此建立了以折光指数增量为基础,估算硝化纤维素分子在溶液中完全伸展时每个链段上的溶剂化溶剂分子数的理论公式,并且估算出常温下每个硝化纤维素链段就吸附有１３个溶剂化溶剂分子,这对建立硝化纤维素这类半刚性高分子链凝聚过程和凝聚态结构的物理图像具有重要意义。     

深过冷快速凝固Fe82.5Ni17.5合金的组织演化

采用熔融玻璃净化结合循环过热的方法,使Fe82.5Ni17.5合金获得了330 K的最大初始过冷度.结合理论计算和组织观察,对Fe82.5Ni17.5合金在深过冷条件下的凝固行为和组织形成规律进行了研究.结果表明,过冷度△T＜63 K时,合金的凝固组织为粗大的树枝晶;当63 K＜△T＜158 K时,凝固再辉所产生的重熔效应非常强烈,受此影响,初生的树枝晶被熔断,形成了细化的粒状晶组织;当过冷度进一步增大至158 K＜△T＜203 K时,再辉所产生的重熔效应大大降低,凝固组织进一步演变为发达的树枝晶组织;而当△T＞203 K时,凝固组织的晶粒细化源于快速凝固体积骤变所产生收缩应力导致的初生枝晶碎断.     

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基碳纤维的微观结构与力学性能相关性分析

采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、小角X射线散射仪对三种聚丙烯腈(PAN)基碳纤维T300,T700S,和T800H的结构进行表征,获得几种微观结构信息,包括表面沟槽形貌和拉断断口形貌反映出的前驱体原丝的原纤结构、石墨微晶尺寸及取向程度、微孔尺寸等。结果表明,碳纤维的力学性能不是由某一种微观结构决定的,而是所有微观结构特征的综合表现。T300是三种碳纤维中力学性能最低的,它的这几种微观结构特征参数都较差;T700S比T300的直径略小,但因结构更致密,缺陷更少,所以拉伸强度、断裂伸长率和密度远远高于T300;虽然T800H的原纤结构不如T700S均匀致密,但在单丝直径、剪断断口形貌、石墨微晶取向度和微孔尺寸上优于T700S,因此拉伸强度、拉伸模量和密度更高;但其石墨微晶轴向尺寸较大,造成塑性下降,因此断裂伸长率略小于T700S。     

芳纶纤维/环氧树脂的湿热老化

分析了芳纶纤维/环氧树脂分子链结构与聚合态结构,论述了湿热对芳纶纤维/环氧树脂性能的影响,指出了研究芳纶纤维/环氧树脂老化的方法。     

NC/NG共混体系的塑化行为

为了解硝化纤维素(NC)/硝化甘油(NG)塑化行为的实质,用动态流变学方法和红外光谱法对其塑化行为的宏观性质表现进行测量,并在此基础上通过分子动力学模拟揭示NC在塑化过程中的微观结构变化.结果表明,NC/NG共混体系的储能模量(G′)和损耗模量(G＂)随塑化时间逐渐增大,且G′逐渐接近并超过G”,二者最终趋于稳定,此过程中体系的某些与氢键有关的红外特征频率向低波数移动.分子动力学模拟表明,在NC/NG共混体系塑化过程中,NG分子的空间位阻作用使NC分子链自由体积增加;另一方面NG分子与NC分子形成的氢键替代了NC分子内氢键,使NC分子链内部作用力减弱,回转半径增大.     

芳纶取向和晶态结构分析

前言 芳纶即芳香族聚酰胺纤维具有突出的热稳定性和特别好的刚性,是一种新型工业材料,它与树脂的亲合力好,可作各种高级复合材料的增强纤维。芳纶优良的热和力学性能归结于其特殊规整的晶态结构。芳纶的聚集态结构受工艺条件影响很大,纺制工艺技术复杂,不同工艺条件下芳纶的聚集态结构的变化一直是人们关心的问题。所谓聚集态结构主要是晶态以及与之相关的分子链取向,它是决定高聚物材料使用性能的主要因素。     

分子间作用改善分子复合材料相容性

用共溶剂法制备了热致液晶聚酰胺/尼龙66分子复合材料.用DSC、FTIR、POM和SEM对复合材料的相容性进行了综合研究.DSC研究表明,不同组成共混物的熔点和结晶度均发生明显下降,当液晶含量达到50%时,共混物出现超分子液晶态,体系具有明显的相容特征;FTIR结果证实了聚酰胺液晶与尼龙66分子间氢键作用的存在;POM和SEM研究表明,由于分子间相互作用而使共混物成为共连续微结构,没有出现相分离.     

电流对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究

本文借助模拟软件MeltFlow,模拟了GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的变化,分析了电流变化对凝固过程参数的影响。模拟结果表明:凝固过程参数随电流的增大逐渐减小,且电流为4kA后基本不产生变化;凝固过程参数沿重熔锭中心至边缘随冷却速率增大逐渐减小;局部凝固时间、二次枝晶间距、Rayleigh数变化趋势一致,在判断凝固组织优劣方面是等同的;且电流增大到一定程度后,凝固过程参数与电流无关;计算模拟结果与实验结果吻合良好,能够预测不同工艺条件下缺陷的产生及程度,能够设计和优化现有的工艺并改进钢锭质量。     

MWNT/PEK-C导电薄膜的制备及其性能研究

利用WD-01分散剂辅助球磨分散法和涂布技术,制备多壁碳纳米管(MWNT)/改性聚醚酮(PEK-C)复合薄膜,考察树脂浓度、球磨时间、涂布液放置时间及MWNT含量等因素对薄膜导电性能的影响,研究MWNT含量及残留溶剂对薄膜储能模量及玻璃化转变温度(Tg)的影响。结果表明,由WD-01分散剂辅助球磨分散法可以剪短并有效分散MWNT;涂布液黏度增大能有效抑制MWNT的再团聚;在MWNT含量在8%~33.3%的范围内,薄膜电导率随MWNT含量的增加呈线性升高,在MWNT含量为33.3%时,薄膜电导率达7.2S/cm;碳纳米管吸附溶剂使薄膜的玻璃化转变温度降低。     

熔融沉积制造材料的空间应用实验

为了解决熔融沉积制造(FDM)技术的空间应用问题,开展了不同材料的地面成形工艺实验研究。选取了聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)三种纯树脂材料以及碳纤维增强的PLA材料为研究对象,利用自主研发的空间微重力原理样机成功打印了标准试样,并进行了力学性能、阻燃特性、燃烧后毒气浓度、质量损失、可凝挥发等数据的测试,对比分析了PLA、PC、PEEK材料FDM成形件和传统注塑件的性能差别及不同纤维方向的碳纤维PLA复合材料试样的拉伸性能。结果表明:材料间结合能力是影响FDM成形制件性能的主要因素,异种材料间结合强度是影响复合材料样件性能的主要因素,结合能力越强的材料其FDM成形的质量越高,结晶材料的成形质量同时还受结晶度的影响,结晶度越高,制件性能越好。     

低镍奥氏体不锈钢定向凝固组织CAFE法模拟

通过对ProCAST&CAFE软件进行二次开发建立凝固过程动态边界条件,模拟低镍奥氏体不锈钢定向凝固过程中的温度场和固相分数,并探讨抽拉速率对凝固微观组织的影响。结果表明,随着抽拉速率的增大,等温线变密,糊状区变窄;铸件一次枝晶臂逐渐细化,边缘侧向散热逐渐远小于中心纵向散热造成一次枝晶轴向偏差度逐渐减小,晶粒择优取向效果提高。与此同时,模拟结果与实验结果吻合较好,模拟计算形核、生长及取向过程较为合理。     

纳米压痕技术表征T800碳纤维的弹性模量和硬度

利用纳米压痕技术对T800SC碳纤维不同取向(纤维轴向与纳米压痕测试面成θ夹角)的弹性模量和硬度进行了测试,结合Weibull分布函数对T800SC碳纤维不同取向的弹性模量和硬度进行统计分析。结果表明:随着测试面与纤维轴向夹角的增大,T800SC碳纤维的弹性模量和硬度逐渐增大。T800SC碳纤维的弹性模量从平行纤维轴向时的(15.84±2.00)GPa增加到垂直纤维轴向时的(50.96±5.73)GPa;T800SC碳纤维的硬度从平行纤维轴向时的(2.71±0.51)GPa增加到垂直纤维轴向时的(5.24±0.91)GPa。对于纤维不同取向的弹性模量,其Weibull模数在9.0~10.5;对于纤维不同取向的硬度,其Weibull模数在6.0~8.0。