不同晶体取向中间相沥青基带状炭纤维的制备与表征

以中间相沥青为原料, 采用不同长宽比的矩形截面喷丝板, 通过控制熔融纺丝时的收丝速率, 制得了具有不同截面尺寸和晶体取向的高定向中间相沥青基带状炭纤维, 并研究了热处理温度和喷丝孔截面尺寸对所得炭纤维结构和性能的影响。结果表明, 喷丝孔的形状和收丝速度对炭纤维的晶体取向有显著影响。当收丝速度一定时, 随着喷丝孔截面长宽比的减小, 带状炭纤维截面碳晶体层片由褶皱平行取向结构向辐射状垂直取向结构转变。随着热处理温度的升高, 所制得炭纤维的室温轴向电阻率显著减小, 热导率相应增大, 力学性能明显提高; 随着收丝速率的增大, 带状炭纤维室温轴向电阻率变化不大, 但对其力学性能有显著影响。当喷丝孔截面长宽比和纺丝速度分别为30:1和75 m/min 时, 2500℃石墨化纤维的拉伸强度和杨氏模量分别为2.53 GPa和234.77 GPa。     

中间相沥青基碳纤维石墨化度对Cf/Al界面损伤的影响

以不同石墨化度的中间相沥青基碳纤维为基底磁控溅射构筑Cf/Al界面,研究了不同石墨化度Cf/Al界面微观结构的演变,并与聚丙烯腈碳纤维比较揭示了Cf/Al界面的损伤机制。结果表明：随着石墨化处理温度的提高中间相沥青基碳纤维的石墨微晶尺寸增大、取向度和石墨化度提高,Cf/Al界面的反应程度降低和碳纤维损伤减少。不同石墨化度Cf/Al界面的损伤决定于初始缺陷的数量和后续裂纹在碳纤维内部的增殖和扩展。在2400℃和2700℃石墨化处理使裂纹更容易在中间相沥青基碳纤维石墨微晶片层间扩展,去除镀层后纤维损伤比聚丙烯腈碳纤维分别高5.19%和3.70%;在3000℃石墨化处理后,化学惰性较大的中间相沥青碳纤维使界面反应产生的缺陷数量大幅度减小,去除镀层后纤维的损伤比聚丙烯腈碳纤维低1.85%。     

熔融纺丝制备沥青碳纤维

尽管采用熔融纺丝可以制备沥青基炭纤维,但由于中间相沥青具有特殊的流动性,使其生产加工十分困难。中间相沥青象许多流体一样,均为非牛顿流体,但它的粘度对温度的敏感性比其它纺丝原料强的多。本文引用了力和能量平衡来论证工艺条件的变化和原料性质对中间相沥青的可纺性的影响,结果表明:在熔融纺丝过程中,中间相沥青的粘度对温度的强烈依赖性使纤维丝产生应力,其大小趋近于单丝的极限抗拉强度。因此,在沥青基炭纤维的制备过程中,温度和传热速率的控制是十分重要的。     

各向同性纺丝沥青及其碳纤维的制备与应用研究进展

现代科技的发展对碳纤维提出了高性能和低成本的要求。与聚丙烯腈基和中间相沥青基碳纤维相比，各向同性沥青基碳纤维在生产成本上具备明显优势，但其力学性能相对较低。厘清各向同性沥青及其制备工艺、微观结构和力学性能之间的关联关系，大幅度提升其力学性能，是进一步拓展其工业应用的必由之路。首先系统评述了各向同性沥青的合成、纺丝、预氧化及碳化工艺，分析了工艺参数对碳纤维结构和力学性能的影响，指明了提升碳纤维力学性能的关键因素和控制策略。然后介绍了各向同性沥青基碳纤维主要的应用领域。最后提出了高性能各向同性沥青基碳纤维生产过程中面临的挑战以及今后的研究方向。     

纺丝条件对沥青基碳纤维性能的影响

纺丝条件对沥青基碳纤维性能的影响Ｇ．Ｚ．ＬｉｕａｎｄＤ．Ｄ．Ｅｄｉｅ引言中间相沥青基碳纤维具有杨氏模量高，热导率大，密度小等优点。这种独特的性能使沥青基碳纤维得到竞相开发和应用。沥青基碳纤维的刚性及热导率与类石墨层沿纤维轴的择优取向有直接关系。因而，...     

中间相沥青熔融纺制异形纤维的研究

用热缩聚和催化缩聚两种不同工艺制备的中间相沥青及自行设计的五种喷丝板,熔融纺制出中空、条形、Y 形和圆形截面的沥青纤维。实验证明,沥青熔体的出口膨胀性是影响异形纤维特别是中空纤维纺丝成形的重要流变学参数。这一参数随中间相沥青的性质和熔体温度而变化,在较高温度下,沥青熔体的出口膨胀性减小,使得所纺制异形纤维截面的异形度降低。X 射线衍射分析结果表明,不同形状的喷丝板因其不同的当量直径,在纺丝时对熔体产生不同的剪切作用;当量直径越小,剪切作用越强,沥青分子沿纤维轴的取向度越高,因此可使其炭纤维的力学性能提高。     

纺丝工艺对带形中间相沥青基石墨纤维取向结构及热导率的影响

中间相沥青经熔融纺丝、不熔化、炭化石墨化制备了带状高导热石墨纤维.鉴于纺丝工艺对中间相分子的轴向和截面取向度的重要影响,研究了喷丝板结构和纺丝温度对中间相沥青基石墨纤维(MPGF)的取向结构和传导性能的影响.结果表明:对矩形截面喷丝的微孔,在最佳的纺丝温度下,截面长宽比越大,初生纤维内分子的取向度越高,MPGF的传导性越好.当长宽比和纺丝温度分别为9:1和305℃时,MPGF的取向度较高(97.8%),热导率达到894W/(m.K);长宽比继续增大时,更高的剪切作用致使纤维内应力较大,纺丝稳定性变差.     

中间相沥青碳纤维通过鉴定

中间相沥青碳纤维是由石油系或煤系重质油,经原料预处理、热缩聚、熔融纺丝、不熔化及碳化处理而制成的一种优质碳素材料。天津大学化工系煤化工研究室与天津纺织工学院纺化系纺化研究室,共同承担天津市科委下达的中间相沥青碳纤维研制任务,从1986年初至1988年底历时三年时间,在原材评选、中间相沥青调制、熔融纺丝、不熔化和碳化处理等方面进行了大量的工艺实     

基于工程化设备通过调控纺丝温度提高中间相沥青炭纤维力学和导热性能（英文）

基于工程化设备,在恒定挤出量条件下,通过调控纺丝温度制备了中间相沥青炭纤维(MPCFs),探究纺丝温度对MPCFs微观结构、力学和导热性能的影响。结果表明：随着纺丝温度由309升高至320°C,MPCFs的微观结构由石墨片层细小的褶皱劈裂辐射状结构逐步向石墨片层粗大的劈裂辐射状结构转变,拉伸强度由2.16增大到3.23 GPa,热导率由704升高到1 078 W·m^-1·K^-1。这主要是因为纺丝温度越高,沥青熔体黏度越小,喷丝口处挤出胀大效应越弱,沥青熔体在喷丝孔流道内形成的微晶取向得以保持,以此制备的炭纤维具有更大的晶体尺寸和更高的微晶取向。     

短切炭纤维-炭复合材料的制备及传导性能和微观结构的研究

以中间相沥青基短切炭纤维和中间相沥青为原料,采用模压成型、炭化、致密化、高温石墨化等一系列常规工艺,制备了传导性能良好的炭/炭复合材料.主要考察了中间相沥青与中间相沥青基炭纤维质量配比对材料密度及传导性能的影响,并进一步研究了材料微晶参数的变化与材料性能的相关性.结果表明中间相沥青与纤维质量配比对材料的导热、导电性能以及微晶参数有很大影响.随着中间相沥青用量的增大,材料导热、导电性能均提高,石墨层间距d002减小,石墨微晶尺寸La、Lc增大;当中间相沥青与炭纤维质量比为 0.8时,制备出的炭/炭复合材料石墨微晶尺寸最大,常温传导性能最佳(垂直于压制方向的面向热导率为385W/(m·K),电阻率为2.85μΩ·m);进一步提高中间相沥青用量,石墨微晶尺寸La、Lc减小,材料的传导性能降低.     

不同形状中间相沥青炭纤维的横断面结构

在场发射扫描电子显微镜（ＦＥ－ＳＥＭ）下观察了圆形、中空、条形和Ｙ－形中间相沥青炭纤维的横断面结构,用流变学理论分析了纺丝过程中几种炭纤维结构的形成,提出中空纤维纺制时沥青流体的最大流速线在喷丝孔中心线的内侧,并根据中空炭纤维横断面的显微照片对此加以证实,用催化缩聚中间相沥青制备的条形炭纤维显示出的特殊弧形对称结构,起因于中间相沥青的流变性质和条形喷丝孔的形状设计,非圆形中间相沥青炭纤维趋向于以线     

中介相沥青基碳纤维的力学性能

系统地论述了高性能上沥青基碳纤维的力学性能及其与原料，纺丝工艺，氧化／碳化／石墨化温度、纤维形状及尺寸，超分子结构和环境温度等之间的关系，与其它高级液晶聚合物纤维和ＰＡＮ基碳纤维相比，中介相沥青基碳纤维显示较高的杨氏模量，抗压模量，抗张强度和抗压强度，最高可分别达１０２０ＧＰａ，７７０ＧＰａ，６．２ＧＰａ，３．５ＧＰａ。     

萘基中间相沥青制备碳纤维

采用3种不同反应程度的萘基中间相沥青制备碳纤维,通过元素分析、族组成、热重、红外光谱、扫描电镜等,对其性能、结构进行剖析.同时对沥青聚合反应程度、可纺性、碳纤维(1000℃)性能与结构三者内在联系进行探讨.结果表明,各向异性含量80%～100%的萘基中间相沥青存在一热稳定温度区间,随着聚合反应的加深,此区间变化不大,但...     

同步氢化/热缩聚法制备中间相沥青的工艺研究

系统地研究了在氢化剂量固定情况下,反应温度与时间对同步氢化/热缩聚法所制得的中间相沥青(MP)性质的影响,并制得了可纺MP。研究表明反应时间同为4h时,MP的软化点和不溶分含量随反应温度的提高而升高;偏光结果显示,低温产物为中间相小球和各向同性基质的混合物,高温产物为连续中间相。反应温度同为410℃时,MP软化点和不溶分含量均随反应时间的延长而显著提高,经历了从中间相小球到小球发生融并,最后形成了马赛克织构的中间相。纺丝性能测试表明,反应温度为410或420℃,反应4h制得的中间相沥青,可以熔融纺丝,经氧化和碳化后制得两组碳纤维。     

多喷头熔体静电纺制备PET纤维膜工艺分析

采用多喷头熔体静电纺技术制备聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维膜,采用正交试验法分析了主要纺丝工艺参数(纺丝电压、纺丝距离、纺丝温度和挤出气压)对所纺纤维直径和单位时间内纤维产量的影响。实验表明,纺丝电压对所纺纤维直径影响较大,电压越大,纤维直径越小,单位时间内纤维产量越大;纺丝距离减小,所纺纤维直径相应减小,单位时间内纤维产量有所提高;纺丝温度对纤维产量和直径影响相对较小;挤出气压对单位时间内纤维产量有显著影响,挤出气压的增大会增加纤维产量,但同时会增大纤维直径。     

用于高性能碳纤维高级沥青的研制

1 引言中间相沥青,经溶融纺丝,不融化、碳化、石墨化处理,可以得到高性能碳纤维。这种中间相沥青的制造方法有许多种,在这里以3种煤焦油沥青为原料,用四氢化荼进行氢化处理再经热处理得到中间相沥青,对这种中间相沥青和初原料的特性进行了比较,并且对用于制备高性能碳纤维的高级沥青进行了评价。     

沥青原料对沥青基碳纤维结构与性能的影响

以中间相茶沥青(AR树脂)和各向同性煤沥青(ICP)为原料,系统研究了沥青原料性质与由其制备的碳纤维结构、性能之间的关系.研究表明,AR树脂中的一维有序中间相结构在纺丝中被拉伸,形成不同中间相间的界面,成为应力集中区,在后续碳化过程因应力释放导致纤维开裂而损害其力学性能;而ICP沥青基本为无定形相结构,在纺丝过程中无明...     

聚合物共混技术制备酚醛基纳米碳纤维

以聚丙烯（PP）为热解高聚物、酚醛树脂（PF）为碳纤维前躯体进行共混，采用熔融纺丝法将共混体系纺丝，对得到的纤维拉伸之后碳化去除去聚丙烯，得到酚醛基纳米碳纤维。采用红外光谱、扫描电镜等对PP／PF共混体系的相容性及微观结构进行分析，研究了纺丝牵伸比、降温母粒含量对纳米碳纤维形态的影响；用x射线衍射技术对纳米碳纤维的微晶结构进行研究。结果表明：随着降温母粒加入量的增加，酚醛树脂的分散尺寸增大；随着牵伸比的增加，纳米碳纤维的直径减小。XRD测试分析发现PP／PF共混纤维600℃碳化处理后已经开始产生一些石墨微晶，随碳化温度的升高，微晶长大，碳结构开始更趋规整、有序。     

同步氢化/热缩聚法制备中间相沥青

通过同步氢化/热缩聚反应,制得中间相沥青（MP）;重点研究了四氢萘（THN）用量对MP性质的影响。研究表明THN增加,MP的软化点（SP）随之降低,H/C随之提高,不溶分随之减少;偏振光显微镜研究表明THN用量少于8%时,MP的形貌为分布不均的各向异性与各向同性两种沥青的混合物;而随着THN的增加,各向异性沥青逐渐趋于以中间相小球形态,并且较为均匀地分布到各向同性沥青基质之中。MP经保温处理后,纺丝性能得到改善,最终制得横截面呈无规结构的沥青基碳纤维。     

热缩聚工艺条件对中间相微球形成的影响

以煤焦油沥青为原料采用常压热缩聚工艺制备中间相沥青微球。考察了热缩聚温度和停留时间对中间相沥青收率、微球收率及形态的影响。发现在同一热缩聚温度下停留时间的延长，虽使中间相沥青的收率降低，但微球收率却相应提高，小球直径逐渐增大；提高热缩聚反应温度使微球更易长大，直到最终融并。通过控制热缩聚条件可以得到尺寸各异的中间相沥青微球。采用两步热溶抽提法可很好地将沥青微球从母液中提取出来