木质素基碳纤维的制备及应用研究现状

碳纤维具有低密度、高模量等一系列优异性能,具有广泛的应用领域。木质素作为一种丰富的可再生资源在自然界中的含量仅次于纤维素,碳含量高达60%以上,是一种新型的制备碳纤维的理想原料。文中根据纺丝工艺的不同,从前驱体溶液、纺丝参数、预氧化和碳化工艺角度,分别阐述并讨论了木质素基碳纤维的多种制备方法,包括熔融纺丝、湿法纺丝、凝胶纺丝及静电纺丝。并介绍了木质素基碳纤维的应用领域,为今后研究者高效利用木质素资源提供参考。     

木质素基碳纤维制备的研究进展

木质素在自然界中储量丰富,并且可再生、碳含量高,将其应用于碳纤维的制备有着无可比拟的成本优势。简要介绍了木质素基碳纤维的发展进程,详述了硫酸盐木质素、有机溶剂型木质素和蒸汽爆破木质素的来源、结构差异及其碳纤维制备工艺过程进展,通过对比得出硫酸盐木质素是制备低成本碳纤维的最佳木质素原料,同时指出了木质素制备碳纤维的未来研究方向,旨在为木质素制备碳纤维的研究者提供参考。     

功能化木质素在高分子材料中的应用研究进展

木质素是自然界中含量第二大的天然三维网状的高分子聚合物。以制浆造纸废料或生物质炼制中的工业木质素为原料,制备出具有特殊功能的高附加值材料,实现木质素的高效优化利用,这对解决化石资源日趋紧缺及环境污染等问题具有重要意义。文中首先评价了木质素作为功能性材料的潜在反应特性与应用潜力,介绍了国内外木质素基功能材料的最新研究进展,详细总结了木质素基功能材料在聚氨酯、聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、电极储能、碳纤维、纳米粒子以及其他方面的不同制备工艺,评述了木质素微观结构及制备工艺对材料结构特性和应用性能的影响。     

正交试验法研究纺丝条件对中间相沥青碳纤维直径的影响

利用Taguchi正交试验方法探讨了沥青基碳纤维纺丝过程中影响纤维直径的纺丝工艺因素及其规律,结果表明:以纺丝温度、纺丝压力、卷筒转速和喷丝孔入口角等4个重要的纺丝工艺条件为考察因素时,卷筒转速是影响中间相沥青基碳纤维直径变化最重要的因素。中间相沥青基碳纤维直径随着喷丝孔入口角的增大而减小;随着纺丝温度的升高而增大;随着转速增大而明显减小。     

木质素制备低成本碳纤维的研究进展

随着石油资源的日益短缺,生物质资源的开发和利用显得尤为重要。木质素作为第二大天然高分子,来源广泛,价格低廉,其高达60%以上的含碳量,是制备碳纤维的理想原料。因此,基于木质素基碳纤维重要的应用价值和广阔的市场前景,文中详细综述了木质素为前驱体制备碳纤维的研究进展。木质素基碳纤维的制备包括:木质素的提取、前驱体的制备、原丝的预氧化和氧化原丝的碳化阶段,重点分析了木质素作为碳纤维前驱体存在的不足及解决方法。并对今后该领域的研究方向进行了展望。     

超高分子量聚丙烯腈在碳纤维原丝上的应用及拉伸行为研究进展

超高分子量聚丙烯腈(UHMWPAN)由于结晶度高、分子链结构规整、端基少,成纤后的缺陷也少,因此在制备高强度聚丙烯腈原丝以及高强度碳纤维方面有着重要的应用。文中介绍了用高相对分子质量(340万占3%,34万占97%的)的聚丙烯腈树脂进行溶液纺丝并制备碳纤维原丝以及碳纤维的工艺,并重点介绍了超高分子量聚丙烯腈凝胶膜的拉伸性能、超高分子量聚丙烯腈溶液的流变性能等。流变学研究表明,随着PAN相对分子质量的增大,纺丝液的黏度也会剧增,造成溶液的纺丝过程变得愈加困难。提高UHMWPAN纺丝液的温度,能有效减低溶液纺丝时的阻力。因此,开发UHMWPAN高温纺丝技术可能是未来高强度碳纤维原丝的发展方向。     

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。     

碳纤维增强复合材料中改性木质素的应用

目的 解决碳纤维增强环氧树脂复合材料中由双酚A合成的环氧树脂成本高、危害环境与健康、耐化学性差的问题,使木质素代替双酚A合成环氧树脂来制备碳纤维复合材料。方法 通过综述木质素在环氧树脂合成中的改性方法与合成方案的研究进展,分析碳纤维复合材料成型工艺的优缺点。结论 采用不同方法对木质素进行化学改性,可在降低成本的同时提高热稳定性与耐化学性等各项性能。用改性或降解木质素来合成碳纤维复合材料的环氧树脂基体为碳纤维增强材料的研究提供了新的研究方向,对碳纤维增强材料降低成本、提高性能和促进行业发展都具有积极作用。     

中空碳纤维研究现状及应用

中空碳纤维结合了碳纳米管和碳纤维的优势,其比重小,巨大的比表面积和高强度使其可应用于大容量电容器、增强材料、吸波材料和储氢材料等领域。综述了中空碳纤维国内外的研究现状及最新应用。比较了燃烧合成法、喷淋法、电弧法和静电纺丝等方法制备中空纤维的优缺点并探讨了预氧化、炭化和活化工艺对其性能的影响。提出金属基中空碳纤维、多中空碳纤维的研究方向和熔体静电纺丝制备方法的发展前景。     

静电纺丝聚丙烯腈基杂化复合纤维制备及其应用研究现状

聚丙烯腈是用于静电纺丝的主要高分子聚合物原料,采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈基杂化复合纤维,或再经预氧化炭化制备纳米碳纤维的研究已取得了许多有意义的成果.为了对静电纺丝制备聚丙烯腈基有机无机杂化复合微纳米纤维及其碳纤维更深入的了解,介绍了静电纺丝的相关基本原理和技术进展.对以聚丙烯腈为主要聚合物原料,添加或不添加其他有机...     

伽马射线辐照改性聚丙烯腈原丝及聚丙烯腈基碳纤维的研究进展

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维由于性能优异、制备工艺简单,被广泛应用于各产业,但其存在表面化学惰性强、力学性能仍有很大提升空间等问题,为此研究人员提出了多种改性方法。其中,γ射线辐照是一种能够实现碳纤维表面活性和力学性能协同提高的改性方法,并且能够应用于PAN基碳纤维制备(PAN原丝)及其后处理全过程。本文概述了γ辐照对PAN原丝和PAN基碳纤维的微观结构、表界面性能和力学性能等方面的影响,重点总结了γ辐照下PAN原丝分子结构的演化机制,原丝辐照对成品碳纤维力学性能的影响,γ辐照下碳纤维不同微区结构演化和力学性能的关系,展望了未来γ射线辐照改性PAN基碳纤维的发展方向与前景。     

碳纤维工艺技术研究及发展现状

根据基础原料不同,分别对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维的工艺技术特点进行了分析研究,重点对PAN基碳纤维原丝生产、预氧化、碳化和后处理过程进行了深入分析,探讨了共聚单体、纺丝工艺及杂质含量对PAN原丝性能的影响,以及原丝性能对PAN基碳纤维产品质量和生产成本的影响,并进一步阐述了PAN基碳纤维的国内外发展现状及研究方向。     

碳纤维树脂基复合材料及成型工艺与应用研究进展

目的 碳纤维树脂基复合材料的可设计性和性能优越性使得碳纤维及其树脂基复合材料的应用范围不断拓展.文章简述了碳纤维的性能、发展和分类,研究碳纤维树脂基复合材料的性能影响因素、成型工艺及应用领域,探索其未来研究的发展方向.方法 采用文献调研法,梳理和汇总国内外关于碳纤维树脂基复合材料的制备及应用研究,分析国内外关于其性能影响因素、成型工艺和应用领域的研究进展.结论 碳纤维树脂基复合材料性能受碳纤维含量、基体和碳纤维界面结合性能等因素的影响.国内碳纤维树脂基复合材料的成型技术主要以传统成型工艺为主,不同性能要求和结构特点的构件采用不同成型工艺.应用范围从航空航天、军工领域不断拓展至民用领域,生产制备的高效能化和低成本化是其未来发展方向.此外,环境问题及碳纤维的回收利用是未来碳纤维及其复合材料应用的关键问题.     

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。     

木质素基吸附剂的研究进展

制备木质素基吸附剂是木质素资源高值化利用的重要途径之一。对近年来木质素基吸附剂的研究现状进行了综述,主要包括木质素吸附剂的制备及其在重金属吸附、有机物吸附领域的应用等方面,并对其发展方向进行了展望。     

不同碳源多孔碳纤维制备及其吸附性能

先用静电纺丝法制备聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)基高分子纤维,然后将其碳化制备出不同碳源的多孔碳纤维材料。使用X-射线衍射仪、红外光谱仪、差示扫描量热仪和N₂吸脱附分析仪等手段表征了碳纤维材料的结构和性能。结果表明,PAN基碳纤维的比表面积最大(113.5 m²/g)、微孔较多,对刚果红的吸附量最大(560.2 g/kg)。根据吸附动力学模型和吸附等温线的分析结果,碳纤维对刚果红的吸附属单层吸附。结果还表明,温度越高材料的吸附速率越高但是吸附量没有明显的变化;在酸性条件下PVA基碳纤维保持较高的吸附活性,而PAN基碳纤维则与之相反;刚果红水溶液的pH值对PVP基碳纤维吸附活性的影响很小。     

活性碳纤维制品的研究与应用

介绍了聚丙烯腈基活性碳纤维的制备工艺和其制品开发的技术措施 ,并论述了活性碳纤维在医药及食品工业方面的应用。     

仿竹结构多孔聚醚砜基碳纤维复合材料

竹子是以竹纤维为增强体、木质素为基体所构成的天然复合材料，其竹纤维赋予了竹材高强度的特点，多孔木质素结构赋予了竹材轻质、高韧性的特点。本文通过模仿竹子的结构特征，采用液相浸渍法和浸没沉淀相转化法在碳纤维表面沉积多孔聚醚砜聚合物，制备出兼具轻质、高韧性、高强度特点的仿竹结构多孔聚醚砜基碳纤维复合材料(CF/foam PES)。研究结果表明：与传统密实结构的聚醚砜基碳纤维复合材料(CF/condense PES)相比，本文制备出的聚醚砜基碳纤维复合材料的海绵状多孔聚醚砜结构降低了复合材料的表观密度，且CF/foam PES的比强度相对于CF/condense PES提高了234.5%，比模量提高了192.6%；多孔聚醚砜使CF/foam PES具有优异的吸能性能。     

二元氨化聚丙烯腈碳纤维制备及性能的研究

以二甲基亚砜为溶剂,偶氮二异丁腈为引发剂,丙烯腈(AN)和氨化的衣康酸(IA)为聚合物单体进行二元自由基均相溶液聚合,合成了聚丙烯腈(PAN)纺丝溶液,经湿法纺丝制得PAN原丝,经预氧化和碳化得到氨化的PAN基碳纤维。采用扫描电镜、广角X射线衍射、动态机械法和电子万能机等表征方法对PAN原丝和PAN碳纤维的性能进行了表征。结果表明:IA经氨化后制得β-衣康酸,以β-衣康酸为聚合单体制备的二元PAN基原丝的拉伸性能更优异。     

抗菌聚丙烯腈基活性碳纤维的研究

为了有效解决活性碳纤维在使用过程中易受到细菌污染的问题,扩大活性碳纤维的应用领域,进行了抗菌聚丙烯腈基活性碳纤维的研究.采用研磨燃烧法制备了纳米级的电气石粉,将电气石粉和银系抗菌剂按照一定比例混合后掺入纺丝液中,经纺丝、碳化和活化制备出聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACF).采用BET法、DFT法、抑菌圈法和负离子测定仪对活性碳纤维的孔径分布、抗菌性能和负离子释放量进行了研究.实验结果表明:这种复合型抗菌活性碳纤维的孔径结构和吸附性能都有所改变,在电气石和银粒子的共同作用下抗菌性显著提高,经多次使用后性能几乎不变,负离子的释放量大于2000个/cm3.