油剂特性对碳纤维灰分含量影响的研究
发布时间：2022-01-19 01:04
碳纤维灰分是碳纤维经800～1000℃高温氧化后的残余物质,其热分解前以杂质元素的形式存在于碳纤维中,对碳纤维力学性能和其制品的耐烧蚀性能均会存在一定的影响。目前恒神T700S碳纤维灰分含量0.21%,尚无法达到客户要求,也与市场水平存在一定差距。本文采用电感耦合等离子发射光谱、X射线光电子能谱、红外光谱、热重分析仪、纳米粒度仪等测试表征手段,研究了碳纤维灰分的形成机理,对比分析了不同种类油剂的基本特性及其对碳纤维灰分的影响规律,并在此基础调整优化自产油剂的特性;分析了生产线纺丝工艺对碳纤维灰分的影响规律同时加以改善;并将此两部分的研究成果应用于工业化生产线,最终实现了低灰分碳纤维的生产制备。研究结果表明:1、碳纤维灰分以二氧化硅和硅酸盐的形式存在于碳纤维中,并在碳纤维表面有富集现象,其主要产生环节为纺丝过程的上油工艺,是含硅油剂经过一系列热处理后的产物。2、外购A、B、C和自产D油剂的对比分析发现,四款油剂均为硅氧烷类油剂,热分解温度和热分解残留不同;而且油剂种类对碳纤维灰分的影响具有以下规律:热分解残留高、对原丝涂覆能力好的油剂品种,对应碳纤维的灰分含量低;粒径大的油剂品种对应碳纤...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨ＰＡＮ基碳纤维的主要生产工序??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]聚丙烯腈碳纤维原丝上油影响分析[J]. 黄大明,张大勇,沙玉林. 高科技纤维与应用. 2017(06)
[2]聚丙烯腈纤维纺丝油剂对碳纤维性能的影响[J]. 王俊峰,马祥林,蒋元力. 合成纤维. 2017(08)
[3]PAN基预氧化纤维碳化过程中结构与性能变化[J]. 许东,王华,彭卫东,石磊. 合成纤维. 2016(11)
[4]高性能纤维及其复合材料新形势以及“十三五”发展思路和对策建议[J]. 罗益锋,罗晰旻. 高科技纤维与应用. 2015(05)
[5]PAN基碳纤维原丝纺丝技术及其发展现状[J]. 张婧,陈虹,于今,赵凯,张定金. 高科技纤维与应用. 2013(06)
[6]DMS0残余溶剂对PAN原丝质量的影响[J]. 贾玉亭,孙金峰,方静,谷峰,王长宇,潘东. 高科技纤维与应用. 2013(05)
[7]聚丙烯腈基碳纤维原丝上油工艺研究[J]. 袁玉红. 石油化工技术与经济. 2013(05)
[8]高性能PAN基碳纤维国产化进展及发展趋势[J]. 徐樑华. 中国材料进展. 2012(10)
[9]世界碳纤维发展及前景[J]. 赵稼祥. 新材料产业. 2012(08)
[10]硅系油剂对PAN纤维预氧化的影响[J]. 郭雅明,李常清,马晓娜,徐樑华. 材料科学与工程学报. 2011(04)
硕士论文
[1]高性能碳纤维专用油剂及上油工艺的研究[D]. 强杉杉.东华大学 2008
本文编号：3595927
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨ＰＡＮ基碳纤维的主要生产工序??
?第？章绪论???ｎ?／〇７?〇Ｔ??「１丄ｙ／??Ｃｙ＾／?ｌｙ７／??图１－３湿法纺丝、Ｔ湿法纺丝示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｗｅｔ?ｓｐｉｎｎｉｎｇ?ａｎｄ?ｄｒｙ?ｊｅｔ?ｗｅｔ?ｓｐｉｎｎｉｎｇ??干喷湿法纺丝对比湿法纺丝制得的ＰＡＮ原丝及碳纤维最大的不同表现在纤维表??面的物理形貌上，千喷湿法的原丝及碳纤维表面光滑无沟槽如图丨－４，湿法纺丝的ＰＡＮ??原丝及碳纤维表面布满不同程度深浅的沟槽。??■ＤＭ??图丨－４干喷湿纺碳纤维和湿纺碳纤维扫描电镜照片??Ｆｉｇ．１－４?ＳＥＭ?ｏｆ?ｔｗｏ?ｔｙｐｅｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ??１．１．３碳纤维的预氧化及碳化??预氧化过程是碳纤维生产工序中占时最长，耗能也相对最高的，并且也是制得高??性能碳纤维一个非常重要的环节。这一工序决定了碳纤维的收率以及性能指标，影响??着碳纤维的质量以及产量。ＰＡＮ原丝预氧化的目的是，通过ＰＡＮ与氧的化学反应使??ＰＡＮ纤维的热稳定性提高，纤维在后续的碳化阶段可以耐受极高的温度而不烧断、不??熔化而且能够保持稳定的纤维状态。原丝在预氧化过程是化学变化的环化、脱氢及氧??化反应同时进行（图１－５），以及物理上的收缩、结晶取向度增加等［２＼??５??
?第？章绪论???—?＾ＴＹＹＹ＾??Ｉ?！?ｈ?—?１?＼Ａｒ＼??Ｊ?ｃ＞ｄｉ￡４ｉｉ？??ｉ?．ｋ丄人＇?一＂??＊??：ｒｉＶｒ?細??ｉ〇＾ｌ?Ｉ??＾?Ｓ?ｏ＾ｖｉｒｌ??ｎ、，、??Ｎ??图１－６?ＰＡＮ聚合物的环化机理??Ｆｉｇ．１－６?Ｃｙｃｌｉｚａｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｉｎ?ｐｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＰＡＮ－ｂａｓｅｄ?ｆｉｂｅｒｓ??碳化的作用是把预氧化纤维内的非碳元素去除掉，剩余的碳元素以石墨晶格的方??式排列，形成乱层石墨结构，在这一变化的过程中，碳元素逐步富集，其他元素逐步??脱除，经过碳化工序后可以制得９０％以上碳含量的碳纤维。碳化也是一个非常复杂的??化学反应过程，部分化学反应如图１－７。??Ｗ－搬??？ｈｃｘ?码??人人Ｎ人人??图１－７碳化过程ＰＡＮ纤维内部结构转变??Ｆｉｇ．?１－７?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｄｕｒｉｎｇ?ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｐｒｅｏｘｉｄｉｚｅｄ?ＰＡＮ?ｆｉｂｅｒｓ??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚丙烯腈碳纤维原丝上油影响分析[J]. 黄大明,张大勇,沙玉林. 高科技纤维与应用. 2017(06)
[2]聚丙烯腈纤维纺丝油剂对碳纤维性能的影响[J]. 王俊峰,马祥林,蒋元力. 合成纤维. 2017(08)
[3]PAN基预氧化纤维碳化过程中结构与性能变化[J]. 许东,王华,彭卫东,石磊. 合成纤维. 2016(11)
[4]高性能纤维及其复合材料新形势以及“十三五”发展思路和对策建议[J]. 罗益锋,罗晰旻. 高科技纤维与应用. 2015(05)
[5]PAN基碳纤维原丝纺丝技术及其发展现状[J]. 张婧,陈虹,于今,赵凯,张定金. 高科技纤维与应用. 2013(06)
[6]DMS0残余溶剂对PAN原丝质量的影响[J]. 贾玉亭,孙金峰,方静,谷峰,王长宇,潘东. 高科技纤维与应用. 2013(05)
[7]聚丙烯腈基碳纤维原丝上油工艺研究[J]. 袁玉红. 石油化工技术与经济. 2013(05)
[8]高性能PAN基碳纤维国产化进展及发展趋势[J]. 徐樑华. 中国材料进展. 2012(10)
[9]世界碳纤维发展及前景[J]. 赵稼祥. 新材料产业. 2012(08)
[10]硅系油剂对PAN纤维预氧化的影响[J]. 郭雅明,李常清,马晓娜,徐樑华. 材料科学与工程学报. 2011(04)
硕士论文
[1]高性能碳纤维专用油剂及上油工艺的研究[D]. 强杉杉.东华大学 2008
本文编号：3595927
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3595927.html
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