聚丙烯腈基碳纤维石墨化程度对其电阻率的影响

以市面常见的6种碳纤维发热电缆为实验材料,利用拉曼光谱技术对实验材料的石墨化程度进行表征,利用数字源表(吉时利2400型)测定每组样品的电阻,以得到样品的电阻率。结果表明:当碳纤维的石墨化程度越高时,其电阻率越低。这是因为石墨化程度越高时,碳纤维成分中石墨碳的含量越高,与此同时碳纤维中非晶态过渡碳结构的芳环共轭程度增加,使π电子的迁移能力增强。随着碳纤维石墨化程度的增加,六元碳层面内的碳碳键距离增大,共价电子向传导电子转移,禁带变小,导带增大。另外,石墨化程度的增加意味着在碳纤维内部石墨的取向越来越好,故而致使电阻率降低。     

不同商品化聚丙烯腈基碳纤维的微观结构研究

利用X射线衍射对比研究了日本东丽、东邦和国产3种牌号聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的微观结构。通过分析不同牌号的PAN基碳纤维晶体结构与石墨晶体结构的区别,以及不同牌号的PAN基碳纤维力学性能与微观结构的关系,表明了引起PAN基碳纤维力学性能差异的主要因素为石墨化程度、内部缺陷、晶粒尺寸大小以及晶粒排列规整程度。     

不同初始结构碳纤维石墨化进程趋同性研究

为优化碳纤维的石墨化工艺,利用拉曼光谱对碳纤维在石墨化过程中的结构变化进行了研究,分析比较了两种碳纤维石墨化进程的异同.结果表明:纤维在高温下发生脱氮与石墨化转变反应,脱氮反应会在石墨微晶中留下分子级空洞,氮原子脱除越多,微晶内空洞越多;石墨化转变促使石墨微晶生长、结构完善.两种纤维氮元素含量不同造成其初始结构不同,氮含量越低,纤维石墨化程度越高.氮原子脱除程度不同引起两种纤维石墨化进程存在差异,热处理温度高于1 800℃时,不同初始结构碳纤维中的氮原子都脱除完全,纤维中碳化学结构趋于相同,石墨化进程出现趋同性.     

聚丙烯腈基碳纤维

聚丙烯腈（PAN）基碳纤维（CF）具有优异的综合性能,在市场竞争中处于优势。虽然它已规模化生产,但研究和提高工作一直在进行。技术不断进步,产品性能不断提高,产量与日俱增,价格日趋下降,应用领域不断拓宽。本文着重阐述PAN基碳纤维的新工艺、新进展和新应用。     

聚丙烯腈基碳纤维的研制

利用DSC确定了工艺条件,同时利用SEM研究了聚丙烯腈基碳纤维在制备过程中形貌演变,所制备的碳纤维具有优异的力学性能和良好的均一性.     

聚丙烯腈基碳纤维技术经济分析

综述了聚丙烯腈基碳纤维（PAN－CF）国内外市场情况，我国与发达国家的差距越来越大，对国内PANCF工业发展进行经济分析和社会效益分析，分析了制约其成本的因素和进一步降低成本的途径和方法，为我国PAN－CF工业发展提供参考依据。     

高性能聚丙烯腈基碳纤维发展现状与分析

聚丙烯腈基碳纤维及其复合材料具有轻质、高比强度、高比刚度、抗疲劳、耐腐蚀和可设计性等优点,已成为航空应用的理想材料。综述了日本东丽公司和美国赫氏公司高性能聚丙烯腈基碳纤维的发展路线,介绍了高性能聚丙烯腈基碳纤维的发展趋势以及最新的研发进展,并对其发展路线进行了对比分析,结合国产聚丙烯腈基碳纤维发展现状,给出了国产碳纤维发展建议,以期为国产高性能聚丙烯腈基碳纤维的可持续发展提供参考。     

预氧化时间对聚丙烯腈基碳纤维预氧丝结构与性能的影响

预氧化是制备碳纤维非常重要的一个环节,制得预氧化丝的性能直接决定最终碳纤维的性能,因此研究预氧化过程对预氧化丝结构性能的影响规律具有重要意义。通过广角X射线衍射点光源取向测试和小角X射线散射实验,计算得到了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝与不同处理时间下预氧丝取向度、线结晶度、长周期L、晶区厚度L_c、无定形区厚度L_a等微观结构参数。采用元素分析仪和单纤维强力仪研究了该系列PAN基碳纤维原丝、预氧丝的元素组成和力学性能随预氧化时间的变化,明确了PAN基碳纤维预氧丝内部微观结构参数、元素含量与其力学性能的关系。     

我国聚丙烯腈基碳纤维发展的回顾与几点建议

简要回顾了我国聚丙烯腈基碳纤维的研究开发历程,并重点分析和论述影响我国碳纤维科技成果转化为产业的各种因素和存在问题,结合当前所面临的机遇和挑战,提出了今后发展的几点意见和建议。     

世界聚丙烯腈基碳纤维的新形势

<正>2012-2020年全球聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)的需求将呈现强势发展的势头,世界市场需求将由2012年的4.1万t增至14万t。国外生产企业纷纷谋划在新增的生产线上,通过技术进步提高生产效率、实现节能减排并降低生产成本,以便在日趋激烈的市场竞争中获得更大的"蛋糕"。同时通过与下游用户联合开发的方式来确保在未来市场中占有一席之地,     

碳滑板材料石墨化度XRD和Raman光谱研究

采用显微激光拉曼光谱及X射线电子衍射测量，摘要选用进口和国产滑板材料作为对比材料，并进行高温烧结处理。分析了试样的形貌和结构，并表征了不同碳滑板材料在高温烧结前后的结构参数。结果表明，两种表征方法的结果存在一致性；进口碳滑板材料的石墨化度高于国产滑板，且两种滑板材料都有不同的石墨相组成，不同相的石墨化度也不同；经过高温烧结处理，滑板材料的石墨化度提高。     

PAN基碳纤维微晶结构对拉伸强度的影响

碳纤维由微晶和非晶碳所构成。利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)研究聚丙烯腈(PAN)基碳纤维微晶结构对拉伸强度的影响机理。结晶度、石墨化程度、微晶无序化程度、微晶尺寸都对拉伸强度有显著影响。结晶度、石墨化程度越大,微晶无序化程度越小拉伸强度越大。微晶尺寸越大拉伸强度越小。比较T300和T700,结晶度、石墨化程度的增加,微晶无序化程度的减小所导致的拉伸强度增量大于微晶尺寸增加所导致的拉伸强度减小量,从而使得T700的拉伸强度大于T300的拉伸强度,同理可知T800的拉伸强度大于T700的拉伸强度。比较M35J和M40J,结晶度、石墨化程度的增加,微晶无序化程度的减小所导致的拉伸强度增量小于微晶尺寸增加所导致的拉伸强度减小量,从而使得M40J的拉伸强度小于M35J的拉伸强度,同理可知M46J的拉伸强度小于M40J的拉伸强度。M35J,M40J和M46J内的较大的微晶对拉伸强度的影响起决定性作用。     

High‐Modulus Low‐Cost Carbon Fibers from Polyethylene Enabled by Boron Catalyzed Graphitization

Currently, carbon fibers (CFs) from the solution spinning, air oxidation, and carbonization of polyacrylonitrile impose a lower price limit of ≈$10 per lb, limiting the growth in industrial and automotive markets. Polyethylene is a promising precursor to enable a high‐volume industrial grade CF as it is low cost, melt spinnable and has high carbon content. However, sulfonated polyethylene (SPE)‐derived CFs have thus far fallen short of the 200 GPa tensile modulus threshold for industrial applicability. Here, a graphitization process is presented catalyzed by the addition of boron that produces carbon fiber with >400 GPa tensile modulus at 2400 °C. Wide angle X‐ray diffraction collected during carbonization reveals that the presence of boron reduces the onset of graphitization by nearly 400 °C, beginning around 1200 °C. The B‐doped SPE‐CFs herein attain 200 GPa tensile modulus and 2.4 GPa tensile strength at the practical carbonization temperature of 1800 °C.     

高强度炭纤维微观结构分析及力学性能的比较

采用元素分析、SEM、XRD、Raman光谱等分析方法,研究了高强度PAN炭纤维T800H和T1000G的元素含量、表面形貌及微观结构参数等因素.结果发现,T1000G的含碳量高于T800H,含氮含量低于T800H;T1000G的表面光滑,而T800H的表面存在沿纤维轴方向的沟壑,表明前者的原丝可能是用湿纺纺丝,后者则可能是干喷湿纺纺丝.从两者的断面上均能看到颗粒状结构,T1000G比T800H的颗粒要小而紧凑;与T800H相比,T1000G的微晶尺寸(Lc、La)较大,取向性较好,微晶层间距(d002)和孔隙率(Vp)均较小,且表现出较好的致密性和均质性.因此T1000G具有较高的抗拉强度.     

石墨化对微螺旋炭纤维形貌和微观结构的影响

采用化学气相沉积法制备微螺旋炭纤维, 在氩气气氛, 2500℃下对其进行石墨化处理. 通过扫描电镜, 激光拉曼光谱和X射线晶体衍射对石墨化前后微螺旋炭纤维的形貌与微观结构进行了研究, 并初步探讨了石墨化机理. 结果表明: 石墨化处理对微螺旋炭纤维具有显著的纯化作用, 其螺旋形貌基本保持不变. 微观结构更加规整, 微螺旋炭纤维的晶面层间距d₀₀₂(0.3626～0.3378nm)减小, 晶粒尺寸L_c(1.6404～3.8590nm)和L_a(2.04～7.21nm)增大, 石墨化程度增强.     

硼在碳／碳复合材料中的状态及其催化石墨化作用

以糖酮树脂作粘结剂，添加树脂碳微粉、硼类催化剂、短切ＰＡＮ基高强碳纤维，制得了含硼Ｃ／Ｃ复合材料。通过Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、Ｘ射线光电子（ＸＰＳ）等手段，检测了硼、氧化硼在Ｃ／Ｃ中的状态，研究了它们对Ｃ／Ｃ复合材料的催化石墨化作用，分析了石墨化温度、催化剂种类及其用量对石墨化度的影响。结果表明：硼以固溶体的形式存在Ｃ／Ｃ复合材料，通过吸电子断键、代替碳原子消除缺陷等机理形式，使最难石墨化的玻璃碳和     

石墨化对碳纳米管结构与电学性能的影响

在氮气气氛及2700℃温度下,对富含结构缺陷的具有Turbostratic形貌特征的碳纳米管原料进行高温石墨化处理,利用高分辨透射电子显微镜以及自主开发的基于透射电镜的原位性能表征系统对石墨化前后的碳管结构和导电性能进行了研究. 实验结果表明：经过高温石墨化处理后,碳管结构转变为类似于竹节状或管状的锥面结构,锥角为10°~30°,管径为10~40nm. 从锥角数据推算出锥面形成时的旋转位移角中均包含了一个附加的重叠角,说明石墨化后的碳管主要以螺旋的锥面结构为主,且弯曲的螺旋锥面靠∑7、∑13和∑19等重位点阵来稳定. 导电性能测量的结果表明具有螺旋锥面结构的纳米碳管呈半导体特性.     

PAN基碳纤维的微观组织结构与力学性能关系研究

采用场发射扫描电子显微镜、广角X射线衍射、元素分析、高分辨透射电子显微镜对东丽T700S、T700G和东邦UT500 3种碳纤维的表面和断面形貌、化学组成及石墨微晶等微观组织结构进行了表征,比较了这3种碳纤维的微观结构差异,并分析了这些差异对力学性能的影响。结果表明,T700G碳元素含量较高,氮元素含量较低,它的石墨微晶尺寸较大,取向度较高,这是它比T700S拉伸模量高但断裂伸长率低的原因;UT500的表面结构与断面结构不如T700S和T700G好,微晶尺寸也较小,但它的直径略细,而且石墨微晶内(002)晶面排列比T700S和T700G更规整,导致UT500的综合力学性能略优于T700S和T700G。     

世界PAN基碳纤维发展透析及对我国的研发建议

首先从宏观的角度分析了日、美和我国发展ＰＡＮ基碳纤维的不同历程。其次,从微观的角度分析了影响碳纤维综合性能提高的各种因素,提出必须把ＰＡＮ原丝和烧成的各有关工序及其辅料的作用作为系统工程,用先进的试验设计法加以透析,才能真正摸索到影响碳纤维主要性能指标的工艺参数及其交互作用,包括贡献因素和制约因素,同时还要考虑到工程放大过程中出现的新因素,要从管线配置和设备设计等方面加以优化,才能最大限度地降低性能的离数系统,生产出不同档次和系列化的优质碳纤维。还简明地介绍了当前世界碳纤维的新形势和新动向,结合我国今后数年内的市场需求提出了我国“十五”期间ＰＡＮ基碳纤维的研发建议。