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国产M50J级碳纤维/铝基复合材料的微观特征及拉伸性能研究 被引量：3
1
作者 李阳 蔡长春 +5 位作者 余欢 徐志锋 王振军 张永刚 钱鑫 钟俊俊 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第21期126-131,共6页
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维因具有高强高模的特性而在众多领域被广泛使用。近年来,我国高性能碳纤维的制备技术取得了较大突破,为促进国产高性能碳纤维在铝基复合材料领域的实际工程应用,本工作以国内研制的M50J碳纤维为增强体材料,选用ZL30... 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维因具有高强高模的特性而在众多领域被广泛使用。近年来,我国高性能碳纤维的制备技术取得了较大突破,为促进国产高性能碳纤维在铝基复合材料领域的实际工程应用,本工作以国内研制的M50J碳纤维为增强体材料,选用ZL301为基体合金,采用真空压力浸渗法制备了纤维体积分数为45%的单向连续M50J/Al复合材料。研究了该工艺条件下M50J/Al复合材料的微观组织和界面反应程度及其在室温、350℃下的拉伸性能。结果表明:M50J/Al复合材料的平均致密度为98.86%,碳纤维在复合材料中的分布较为均匀,在基体合金中未发现明显的缩孔缩松现象,复合材料主要由C、Al以及少量Al_(3)Mg_(2)和Al_(4)C_(3)相组成,M50J与ZL301基体在界面处出现反应产物,应为脆性离子碳化物Al_(4)C_(3),其尺寸较小,呈细杆状;复合材料在室温及350℃下的平均拉伸强度分别为856 MPa和774.7 MPa,平均拉伸模量分别为204.3 GPa和197.3 GPa,从复合材料中萃取出的M50J碳纤维单丝的平均拉伸强度和模量分别为3280 MPa、447 GPa,与铝合金复合后纤维丝强度发生一定程度的下降,界面结合和微观缺陷是影响复合材料拉伸性能的主要因素。 展开更多
关键词 国产碳纤维 C_(f)/Al复合材料 拉伸性能 微观组织 真空压力浸渗
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水溶性热塑性聚酰亚胺上浆剂对国产高强高模碳纤维复合材料界面性能的影响 被引量：6
2
作者 王清清 王飘飘 +2 位作者 钱鑫 张永刚 杨雯 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期174-182,共9页
以双酚A型二醚二酐(BPADA)、间苯二胺和1,3-二(4′-氨基苯氧基)苯(TPE-R)为原料合成了水溶性热塑性聚酰亚胺上浆剂,对国产高强高模碳纤维(HMCF)表面进行上浆处理并制备成复合材料。研究了不同单体摩尔比对上浆剂特性以及上浆处理后纤维... 以双酚A型二醚二酐(BPADA)、间苯二胺和1,3-二(4′-氨基苯氧基)苯(TPE-R)为原料合成了水溶性热塑性聚酰亚胺上浆剂,对国产高强高模碳纤维(HMCF)表面进行上浆处理并制备成复合材料。研究了不同单体摩尔比对上浆剂特性以及上浆处理后纤维表面结构性能的影响,进一步分析了热塑性上浆剂对国产高强高模碳纤维增强热塑性聚醚酮酮(PEKK)树脂基复合材料界面性能的影响。结果表明,当BPADA与TPE-R的单体摩尔比为1∶1时,合成得到的热塑性上浆剂不仅分子量分布均匀,而且具有优异的热稳定性,如温度554℃其热失重仅为5%。上浆处理后,高强高模碳纤维表面O/C由0.08增至0.18,提高了125%;上浆后纤维强度略有增高,模量几乎无变化;上浆处理后对复合材料界面性能改善明显,HMCF/PEKK复合材料层间剪切强度由处理前38.5 MPa提升至最高59.4 MPa,增幅高达54.3%。 展开更多
关键词 上浆剂 复合材料 聚酰亚胺 聚醚酮酮
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层次孔结构碳纤维的制备及其结构分析 被引量：5
3
作者 王雪飞 李丽 +4 位作者 王燕菲 管建敏 钱鑫 张永刚 李德宏 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期714-718,共5页
本研究通过凝固相分离法获得了具有中/大孔结构的聚丙烯腈(PAN)纤维,随后将此纤维与KOH混合,高温热处理后聚丙烯腈线形结构转化为碳纤维类石墨结构,并产生大量微孔,因此制备的碳纤维具有微孔和中/大孔的层次孔结构。随着KOH用量增加,多... 本研究通过凝固相分离法获得了具有中/大孔结构的聚丙烯腈(PAN)纤维,随后将此纤维与KOH混合,高温热处理后聚丙烯腈线形结构转化为碳纤维类石墨结构,并产生大量微孔,因此制备的碳纤维具有微孔和中/大孔的层次孔结构。随着KOH用量增加,多孔碳纤维的表面孔结构增多,微孔结构也明显增加,比表面积和孔体积相应提高。当KOH与PAN纤维质量比为6时,碳纤维SBET达到292.4m^2/g,是未采用KOH预处理制备碳纤维的23倍。 展开更多
关键词 聚丙烯腈 碳纤维 层次孔 中孔
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木质素磺酸盐-丙烯腈共聚物及其碳纳米纤维的制备 被引量：1
4
作者 夏克强 欧阳琴 +3 位作者 陈友汜 王雪飞 钱鑫 王丽 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期923-927,971,共6页
通过酯化反应和自由基共聚反应制得木质素磺酸盐-丙烯腈共聚物(P(LS-AN)),采用静电纺丝技术将其制成纳米纤维,再经预氧化和碳化处理,制得碳纳米纤维。采用红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热/热重同步分析仪(DSC/TG)、扫描电子显微镜(SEM)... 通过酯化反应和自由基共聚反应制得木质素磺酸盐-丙烯腈共聚物(P(LS-AN)),采用静电纺丝技术将其制成纳米纤维,再经预氧化和碳化处理,制得碳纳米纤维。采用红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热/热重同步分析仪(DSC/TG)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱仪(Raman)对P(LS-AN)、电纺纤维及其碳纳米纤维的结构进行表征。结果表明,P(LS-AN)纳米纤维具有良好的热稳定性,在较高升温速率(10℃/min)下对其进行预氧化和碳化处理,所制得的碳纳米纤维单丝间未产生粘连。在碳化过程中,LS的苯酚结构有利于促进有序碳结构的形成,使得碳纳米纤维的结构更为完善。 展开更多
关键词 木质素 共聚物 静电纺丝 碳纳米纤维
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脒端基对聚丙烯腈原丝氧碳化行为的影响 被引量：1
5
作者 王素素 陈友汜 +4 位作者 欧阳琴 皇静 杨建行 何流 刘引烽 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期547-553,共7页
以偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,分别制备了具有不同端基结构的丙烯腈与衣康酸共聚物PAN-AIBA和PAN-AIBN,采用湿法纺丝技术制备PAN原丝。采用两种梯度升温方式对PAN原丝进行热稳定化处理,对优选的预氧化纤维... 以偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,分别制备了具有不同端基结构的丙烯腈与衣康酸共聚物PAN-AIBA和PAN-AIBN,采用湿法纺丝技术制备PAN原丝。采用两种梯度升温方式对PAN原丝进行热稳定化处理,对优选的预氧化纤维进行高温碳化制得碳纤维。采用多种手段表征纤维结构与组成的变化规律。结果表明,脒端基可提高PAN预氧纤维的相对环化率,使其氧含量和体密度平稳增长,因此有利于预氧化纤维的结构调控。PAN-AIBA基碳纤维的皮芯结构差异小于PAN-AIBN基碳纤维,与其相对温和的热稳定化行为相符。 展开更多
关键词 偶氮二异丁腈脒盐酸盐 聚丙烯腈 预氧化 碳化
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木质素灰分含量控制及其影响研究 被引量：1
6
作者 江雪峰 欧阳琴 +3 位作者 刘大鹏 陈友汜 马洪波 孙巍 《化学研究与应用》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期1-6,共6页
木质素是自然界中含量最丰富的天然芳香族高分子,含有丰富的碳元素,是制备碳纤维的理想原料。但是,工业木质素的杂质含量普遍较高,不能满足碳纤维制备要求。为此,本文采用盐酸沉析、离心分离和酸洗的方式对某种国产工业木质素进行纯化处... 木质素是自然界中含量最丰富的天然芳香族高分子,含有丰富的碳元素,是制备碳纤维的理想原料。但是,工业木质素的杂质含量普遍较高,不能满足碳纤维制备要求。为此,本文采用盐酸沉析、离心分离和酸洗的方式对某种国产工业木质素进行纯化处理,考察了盐酸用量及纯化次数对木质素灰分含量的影响,并采用GPC、FT-IR和DSC研究了木质素的分子量、化学结构和反应活性随纯化处理次数的变化规律。结果表明:随着纯化次数的增加,木质素的灰分含量大幅降低,反应活性显著提高;随着盐酸用量的增加,在一次提纯时,木质素的灰分含量先大幅降低,当浓盐酸与木质素的质量比大于0.6:1时,木质素的灰分含量趋于稳定;经四次纯化处理后,木质素的灰分含量降低至0.77%。 展开更多
关键词 木质素 纯化 灰分 分子量 反应活性
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木质素磺酸盐调控水相自由基聚合反应制备聚丙烯腈 被引量：2
7
作者 汪绪兰 欧阳琴 +4 位作者 陈友汜 王雪飞 钱鑫 李德宏 杨建行 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期5-10,共6页
采用木质素磺酸盐(LS)作为相对分子质量调节剂和水相自由基聚合工艺制备聚丙烯腈(PAN),对比研究了LS与十二烷基硫醇(NDM)、异丙醇(IPA)对PAN相对分子质量的调控作用。采用红外光谱仪、X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、热重分析仪和... 采用木质素磺酸盐(LS)作为相对分子质量调节剂和水相自由基聚合工艺制备聚丙烯腈(PAN),对比研究了LS与十二烷基硫醇(NDM)、异丙醇(IPA)对PAN相对分子质量的调控作用。采用红外光谱仪、X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、热重分析仪和旋转流变仪对不同相对分子质量PAN的结构和性能进行研究。结果表明,LS对PAN相对分子质量的调控作用最为显著,0.05%的LS用量即可达到与0.6%的NDM、0.8%的IPA相当的效果;随着LS用量的增加,PAN相对分子质量大幅降低;相对分子质量降低对PAN的微观结构和热稳定性影响较小,但能显著降低PAN溶液的表观黏度,提高其流变性能。 展开更多
关键词 聚丙烯腈 水相自由基聚合 相对分子质量调节剂 木质素
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木质素-丙烯腈共聚物纤维热稳定化过程中的直径尺寸效应 被引量：1
8
作者 刘大鹏 欧阳琴 +3 位作者 江雪峰 皇静 马洪波 陈友汜 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期75-80,共6页
通过酯化反应和自由基共聚反应制备了具有良好可纺性的木质素-丙烯腈(LS-AN)共聚物,采用湿法纺丝工艺制备了3种不同直径的LS-AN共聚物纤维,然后在梯度升温模式下对其进行热稳定化处理,采用差示扫描量热仪、红外光谱仪、密度梯度仪研究了... 通过酯化反应和自由基共聚反应制备了具有良好可纺性的木质素-丙烯腈(LS-AN)共聚物,采用湿法纺丝工艺制备了3种不同直径的LS-AN共聚物纤维,然后在梯度升温模式下对其进行热稳定化处理,采用差示扫描量热仪、红外光谱仪、密度梯度仪研究了LS-AN共聚物纤维热稳定化过程中的直径尺寸效应。结果表明:在空气气氛中,减小直径能够显著促进热稳定化反应的进行;减小纤维直径有利于氧向纤维内部扩散,促进氧化反应的进行,从而获得均质的径向稳定化结构;减小纤维直径可以显著提高碳纤维的力学性能,由直径最小的LS-AN共聚物纤维制得了拉伸强度和拉伸模量分别达到849 MPa和146GPa的碳纤维。 展开更多
关键词 木质素 碳纤维 热稳定化 直径尺寸效应
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聚丙烯腈热稳定化纤维径向非均质结构的表征和调控
9
作者 王雪飞 朱小龙 +2 位作者 江驰 张永刚 杨建行 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期35-37,40,共4页
采用硫酸对聚丙烯腈(PAN)热稳定化纤维刻蚀,然后通过SEM观察刻蚀后纤维截面,定量评价皮芯结构。确定浓硫酸刻蚀5min为最佳条件。热稳定化过程中温度和时间能够调控纤维径向结构。在恒温热稳定化时,纤维在较高温度下获得的芯部比例较大;... 采用硫酸对聚丙烯腈(PAN)热稳定化纤维刻蚀,然后通过SEM观察刻蚀后纤维截面,定量评价皮芯结构。确定浓硫酸刻蚀5min为最佳条件。热稳定化过程中温度和时间能够调控纤维径向结构。在恒温热稳定化时,纤维在较高温度下获得的芯部比例较大;在相同温度条件下,随着热稳定化时间延长,纤维芯部比例逐渐减少,纤维的皮层厚度与t1/2存在线性关系,氧化反应受通过皮层的氧扩散所控制。梯度升温能极大减轻热稳定化纤维的皮芯结构,纤度较小的纤维更易获得均匀的径向结构。 展开更多
关键词 聚丙烯腈纤维 热稳定化 皮芯结构 硫酸刻蚀 碳纤维
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衣康酸α,β羧基对聚丙烯腈热稳定化反应的影响及机理 被引量：4
10
作者 王晓红 欧阳琴 +4 位作者 陈友汜 王雪飞 李德宏 杨建行 潘建国 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期22-27,共6页
采用K2S2O8-Na HSO3引发剂和水相沉淀聚合法制备了丙烯腈均聚物(PAN)、丙烯腈-β-衣康酸单乙酯共聚物(P(AN-MIA))、丙烯腈-衣康酸共聚物(P(AN-IA))。采用红外光谱和差示扫描量热/热重同步分析研究了衣康酸α,β羧基对热稳定化反应的影... 采用K2S2O8-Na HSO3引发剂和水相沉淀聚合法制备了丙烯腈均聚物(PAN)、丙烯腈-β-衣康酸单乙酯共聚物(P(AN-MIA))、丙烯腈-衣康酸共聚物(P(AN-IA))。采用红外光谱和差示扫描量热/热重同步分析研究了衣康酸α,β羧基对热稳定化反应的影响及机理。结果表明,引入MIA和IA共聚单体均能显著提高相对环化率,降低热稳定化反应起始温度,缓和放热和失重行为。但IA的作用效果更好,这归功于IA中的α,β羧基均能引发氰基发生离子环化反应,使PAN转变为更稳定的梯形结构。通过对空气气氛的差示扫描量热曲线进行分峰处理,研究了IA的α,β羧基对离子环化反应和氧化反应的影响及其机理。 展开更多
关键词 聚丙烯腈 衣康酸 羧基 热稳定化
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