粘胶基碳纤维

聚丙烯腈（ＰＡＮ）纤维、沥青纤维和粘胶纤维（ＲＦ）是目前生产碳纤维（ＣＦ）的三大原料体系。由于受多种因素的制约和限制,粘胶基碳纤维（Ｒ·ＣＦ）由五、六十年代鼎盛期转向目前的萎缩期。但是,由于Ｒ·ＣＦ具有固有的结构特征和独特的性能,至今仍在碳纤维领域中占有一席之地,不会被完全淘汰出局。本文主要论述由粘胶纤维转化为碳纤维的机理,并介绍了粘胶基碳纤维的生产工艺,及其性能和应用。     

粘胶基碳纤维

粘胶基碳纤维是以粘胶纤维为原料，在低温热处理后再在非氧化性气氛中经８００℃以上的高温热处理而制得的碳为主要成份的纤维材料，本文主要从粘胶基碳纤维的发展史，制造工艺，产品种类，性能及用途几方面对之作简单介绍，并对粘胶基碳纤维的发展前景作了展望。     

粘胶基碳纤维孔洞形成过程的研究

采用透射电镜摄取了制取粘胶基碳纤维的不同热处理过程中（100～1300℃）纤维内部的也洞分布状况,用小角X-ray散射测定了孔径尺寸和分布比例,对孔洞的变化作了定量分析。结果表明碳纤维部分来源于粘胶原丝,在处理过程中又有新的孔洞产生。     

在碳化硅基复合材料中碳纤维的就位强度

在对用断裂镜面法(fracture mirror method)评估纤维就位强度(in-situ strength)的方法进行了评述之后,对此方法进行了修正,即采用纤维束试验确定镜面常数, 将标距长度定义为两倍纤维拔出长度与两倍失效长度之和,采用分级平均统计分析方法确定纤维就位强度的Weibull参数和平均强度。采用修正的断裂镜面法,对聚合物先驱体转化法制备的M40JB纤维增强的碳化硅基复合材料中M40JB纤维的就位强度进行了分析,得到了M40JB纤维的Weibull参数和平均强度,并与未修正的断裂镜面法得到的结果进行了比较。      

磷酸活化粘胶基活性碳纤维的研究Ⅲ-磷酸活化粘胶基活性碳纤维的吸附性能

磷酸活化粘胶基活性碳纤维对各种有机蒸汽具有良好的吸附性能,在350～500℃活化或用较大浓度磷酸活化所制备的VACF-P对有机蒸汽特别是极性的甲醇和乙醇吸附量明显增大,在128 ℃的热空气中处理20min后VACF-P基本上可完全解吸.低温活化的VACF-P对六价铬的吸附量达到了一些高性能离子交换纤维的水平.VACF-P具有一定的氧化还原能力,对金离子的还原吸附量达700～1100mg/g.     

磷酸活化粘胶基活性碳纤维的研究：Ⅲ—磷酸活化粘胶基活性碳 …

磷酸活化粘胶基活性碳纤维对各种有机蒸汽具有良好的吸附性能,在３５０～５００℃活化或用较大沈度磷酸活化所制备的ＶＡＣＦ－Ｐ对有机蒸汽特别是极性的甲醇和乙醇吸附量明显增大,在１２８℃的热空气中处理２０ｍｉｎ后ＶＡＣＦ－Ｐ基本上可完全解吸,低温活化的ＶＡＣＦ－Ｐ对六价铬的吸附量达到了一些高性能离子交换纤维的水平,ＶＡＣＦ－Ｐ具有一定的氧化还原能力,对金离子的还原吸附量达７００～１１００ｍｇ／ｇ。     

粘胶基活性碳纤维新工艺研究

本文提出了一种制备活性碳纤维的新工艺———直接活化工艺和一个评价工艺质量的综合指标———有效得率。控制好反应条件 ,粘胶纤维能通过直接活化工艺制成外在和内在性能均良好的活性碳纤维 ,并能大幅降低生产成本。有效得率综合了活化得率与比表面积两个因素 ,能较好地反映生产工艺的优劣。经 6 0 0℃以上温度碳化处理后 ,催化剂基本上全部分解除去。当催化剂含量 >10 %时 ,粘胶纤维的活化得率、收缩率趋于稳定 ,有效得率有上升的趋势。两种工艺制作的产品有相同的化学结构 ,对甲苯和丙酮的吸附性能相近     

60Coγ-辐射接枝对粘胶基碳纤维的表面改性

为了提高粘胶基碳纤维与树脂的界面粘接性能,采用60Coγ-射线辐射接枝方法对粘胶基碳纤维进行表面改性,研究了接枝溶液种类和吸收剂量对接枝率和复合材料界面性能的影响,吸收剂量对碳纤维抗拉强度的影响,利用扫描电子显微镜分析了辐射接枝后碳纤维表面和复合材料剪切断口断裂形貌的变化.结果表明,环氧/丙酮溶液体系是碳纤维辐射接枝改性的理想溶液,在此溶液中辐射,当吸收剂量大于0.1 kGy时,纤维表面的接枝率为4.2%,复合材料的ILSS提高了20%以上;在合适的吸收剂量下辐射可提高碳纤维的抗拉强度;接枝后纤维表面粗糙度明显增大,与树脂的机械锲合作用增强.     

试制一种表面富含大孔的新型粘胶基活性碳纤维

以粘胶纤维为原丝,通过加入碱金属盐扩孔剂,采用化学和气体相结合的活化方法,成功制得了表面富含尺寸大于50nm的大孔活性碳纤维,并对可能的扩孔机理进行了初步探讨.     

A Note on Statistical Strength of Carbon Nanotubes

This note aims to relate the measured strength statistics of individual carbon nanotubes (CNTs) to the physics of brittle fracture and the weakest link model. By approximating an arbitrary flaw size distribution with a segmented power law, an effort is made to extend applicability of the Weibull distribution to arbitrary flaw populations, which explains why the Weibull distribution fits the experimental data of CNTs and many other brittle materials, and why in other cases it is not so clear. A generalized Weibull distribution is proposed to account for all non-asymptotic cases. The published CNT testing data are analyzed, and finally a major issue present in existing interpretation of CNT bundle testing data is clarified.     

玻纤和碳纤在低温下的强度统计特性

利用纤维强伸实验仪和自制的低温实验装置,研究了碳纤维与玻璃纤维在低温(77K)下的拉伸力学性能.由测试数据发现,低温下纤维的强度分布具有统计性,采用Weibull统计分布可以较好的进行描述.在低温下,两种纤维的强度Weibull分布尺度参数和平均强度都有不同程度的提高,而形状参数和弹性模量则基本保持不变.     

声呐图像背景区域灰度统计特性分析与拟合

利用声呐进行水下目标定位识别是当前水下目标识别与跟踪的重要手段之一,由于声呐图像受噪声影响严重、分辨率低,对声呐图像的背景建模有助于其目标分割与识别。首先,分析声呐图像背景区域灰度的统计特性,结合其特点采用高斯分布、Gamma分布、威布尔分布、瑞利分布模型对6类不同背景区域声呐图像统计特性进行拟合,构建声呐图像背景区域模型。最后,采用?2准则和Kolmogorov距离误差评价准则评估拟合效果。拟合结果表明,高斯分布、Gamma分布和威布尔分布均能较好地逼近声呐图像背景区灰度统计特性。为满足实时性的应用需求,选用高斯分布构建声呐图像背景灰度统计模型是可行、合理的方案,从而为声呐图像预处理和目标分割提供了背景模型建模的理论依据。     

2D-SiCf/SiC复合材料抗拉强度统计分布规律

2D-SiC_f/SiC复合材料是航空航天领域热端构件的关键材料。材料抗拉强度的统计分布规律在构件的设计与分析中发挥着重要作用。本文测试了化学气相渗透方法制备的2D-SiC_f/SiC的室温和1 200℃的抗拉强度,并使用扫描电子显微镜进行了断口形貌分析。采用Weibull分布、正态分布和对数正态分布等三种模型分析了测试结果,并根据Anderson-Darling检验方法进行了检验。结果表明,Weibull分布对2D-SiC_f/SiC抗拉强度拟合优于正态分布和对数正态分布。根据Weibull模数大小,1 200℃抗拉强度的分散性大于室温抗拉强度的分散性。利用二参数Weibull分布精确预测了2D-SiC_f/SiC室温和1 200℃抗拉强度。分析表明2D-SiC_f/SiC抗拉强度的分散性主要来源于纤维/基体界面结合强度和纤维强度的分散性。      

Statistical fracture of E-glass fibres using a bundle tensile test and acoustic emission monitoring

Mechanical strength studies have been carried out on fibre bundles used in composite manufacturing. The variability in mechanical properties of glass fibres has been studied using bundles of about 2000 filaments. The fibre strength distributions were analysed using the survival probability-applied strain (S–ε) curve, in relation with various experimental conditions. We also examine the effect of lubricant’s viscosity on the fracture behaviour of E-glass fibre bundles. Acoustic emission (AE) was monitored during the bundle tensile tests in order to verify that individual filament failures are statistically independent. On tensile tests with lubricated bundles of E-glass fibres, it is shown that each individual fibre break can be detected using AE. Hence, AE monitoring of a lubricated bundle of E-glass fibres provides a convenient and relatively quick method to obtain the Weibull parameters of strength distribution.     

Characterization of strength properties of thin polycrystalline silicon films for MEMS applications

The aim of this work is to characterize the strength properties of polycrystalline silicon (polysilicon) with the use of tensile and bending test specimens. The strength of thin polysilicon films with different geometry, size and stress concentrations has been measured and correlated with the effective size of the specimen and its stress distribution. The test results are evaluated using a probabilistic strength approach based on the weakest link theory with the use of STAU software. The use of statistic methods of strength prediction of polysilicon test structures with a complex geometry and loading based on test values for standard material tests specimen has been evaluated.     

ADB610D钢焊接接头冲击吸收功的统计分布模型

通过进行ADB610D钢焊接接头的冲击吸收功Akv的测定试验及数据采集,建立了确定冲击吸收功的统计分布模型,经多种数理统计检验,对Akv的统计分布函数进行了拟合检验。结果表明：威布尔二参数分布函数是描述ADB610D钢焊接接头冲击吸收功Akv的最佳拟合分布函数。