国家高技术研究发展计划(2006AA06Z382) 作品数:12 被引量:107 H指数:6 相关作者: 刘杰 梁节英 马兆昆 王春华 连峰 更多>> 相关机构: 北京化工大学 中北大学 更多>> 发文基金: 国家高技术研究发展计划 国家自然科学基金 国家重点基础研究发展计划 更多>> 相关领域: 化学工程 一般工业技术 环境科学与工程 建筑科学 更多>>
电化学表面处理对碳纤维结构及性能的影响 被引量:25 2012年 采用新型电化学表面处理设备,以10%(质量分数)NH4HCO3溶液为电解质,对12KPAN基碳纤维进行连续化的表面处理,探索了在提高碳纤维/树脂复合材料层间剪切强度的同时降低碳纤维本征拉伸强度损失的结构变化特征及规律。利用SEM、XRD、XPS、Raman等方法研究了改性前后碳纤维表面的物理和化学状态、晶体尺寸和表面有序度。结果显示,在适当的条件下,碳纤维/树脂复合材料的层间剪切强度提高了23.3%,同时碳纤维的拉伸强度仅损失了4.4%。碳纤维/树脂复合材料层间剪切强度的提高是碳纤维表面粗糙度和表面含氧、含氮官能团共同作用的结果。表面处理后碳纤维石墨网片层尺寸减小了6.3%~27.6%,微晶尺寸相应减小;适度的氧化刻蚀使碳纤维表面有序度略有提高,并且产生新的活性点;以上两种作用减小了碳纤维的本征拉伸强度的损失量。 刘杰 白艳霞 田宇黎 黄翔宇 王春华 梁节英关键词:PAN基碳纤维 电化学氧化法 层间剪切强度 力学性能 表面官能团 热氧稳定化过程温度效应对PAN纤维径向氧元素扩散速率的作用 被引量:3 2012年 在梯度升温和恒温两种模式下,对聚丙烯腈(PAN)纤维进行了热氧稳定化处理,借助FTIR、核磁共振碳谱(13 C-NMR)、元素分析(EA)、DSC、X-射线能谱(EDS)、密度等多种表征手段系统研究了不同温度下热氧稳定化纤维皮-芯结构的形成机制和氧元素的扩散速率。研究结果表明:氧化反应速率小于氧的扩散速率时,PAN纤维横截面外层与芯部差别较大,将出现皮-芯形貌结构特征;热氧稳定化纤维皮-芯结构的产生不但与温度有关,而且与升温模式密切相关;EDS表征方法可以有效地量化不同温度下,热氧稳定化纤维径向氧元素的扩散速率,同时可直观显示出氧在纤维截面不同区域的结合速率。 刘杰 王新文 马兆昆 梁节英关键词:聚丙烯腈纤维 化学改性对聚丙烯腈纤维及预氧纤维结构性能的影响 被引量:11 2009年 对聚丙烯腈纤维进行了化学改性,借助差示扫描量热分析(DSC)、定量傅立叶红外光谱(FT-IR)、平衡含水率、密度、力学性能等分析方法,对比研究了改性纤维、预氧化纤维、碳纤维与未改性纤维的结构性能的变化。研究表明:化学改性可促使聚丙烯腈纤维较未改性纤维初始环化反应温度前移,终止温度后移,从而有效缓解纤维在预氧化过程中的集中放热,有利于纤维结构和质量的控制;经硫酸羟胺改性后的纤维较未改性纤维制得的碳纤维抗拉伸强度提高16.3%。 刘杰 杜大艳 梁杰英 马兆昆关键词:聚丙烯腈纤维 化学改性 结构性能 碳纤维 碳纤维在不同电解质体系下的电化学表面改性 被引量:3 2012年 使用电化学氧化法对PAN基碳纤维进行表面改性,通过扫描电子显微镜(SEM)、Raman光谱和X射线光电子能谱仪(XPS)表征了碳纤维表面物理化学结构,同时结合力学性能分析,评价了碳酸氢铵、硫酸铵和复合铵盐溶液3种电解质体系的改性效果。实验结果表明,碳酸氢铵溶液下的电化学改性有利于界面粘结强度的提高,而硫酸铵溶液下的电化学改性有利于降低抗拉伸强度的损失,当采用复合溶液改性时,则可以同时提高碳纤维的抗拉伸强度和其复合材料的抗层间剪切强度。 刘杰 王春华 连峰 梁节英关键词:碳纤维 力学性能 EFFECTS OF DEFORMATION-INDUCED ORIENTATION ON CYCLIZATION AND OXIDATION OF POLYACRYLONITRILE FIBERS DURING STABILIZATION PROCESS 被引量:5 2012年 Orientation of copolymer polyacrylonitrile (PAN) chains during their deformation prior to stabilization and the further effect on the stabilization were investigated in detail. Results reveal that the orientation of PAN chains presents a saturation point of 69.51% when the deformation ratio reaches approximately 1.07, meanwhile the cyclization rather than the oxidation has a stronger dependence on the orientation of PAN chains during stabilization. The cyclization is facilitated that the cyclization degree is increasing while the activation energy is decreasing obviously as a consequence of the developing orientation of PAN fibers before the saturation point; however, it is restrained during the further deformation of PAN fibers after the point. The resulting carbon fibers obtained from the PAN fibers prepared at the saturation point possess the highest mechanical properties of 4.07 GPa in tensile strength and 249.0 GPa in tensile modulus. 刘杰关键词:POLYACRYLONITRILE ORIENTATION DEFORMATION STABILIZATION 水污染控制用新型炭纤维生物膜载体的研制与应用 2010年 1课题简介
本课题开发的直径为纳米-微米级新型生物炭纤维载体的批量制备技术及其高效水处理固定床反应器技术引入高效水处理工程,提升了我国废水处理新技术开发的整体实力,具有自主知识产权。 刘杰关键词:生物膜载体 炭纤维 水污染控制 水处理工程 固定床反应器 自主知识产权 电纺丝制备纳米纤维的研究进展 被引量:10 2008年 文中扼要回顾近年来电纺丝技术研究进展,包括:电纺丝工作原理和部分关键设备;控制尺寸、结构、取向及复合材料制备等;探讨连续化生产和组装纳米纤维;典型应用领域及电纺丝技术展望。 朱振东 刘杰关键词:电纺丝 纳米纤维 聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性 被引量:6 2014年 针对二元共聚聚丙烯腈(PAN)纤维的热应力和聚集态结构特点,借用差示扫描量热(DSC)分析、广角X射线衍射(WAXD)、红外光谱(FTIR)等表征手段研究了预处理阶段(180℃)纤维热应力变化与最终碳纤维结构及性能的关联性。实验结果表明:对于取向度较高,但热应力较大的二元共聚PAN纤维,在180℃进行适当的应力松弛处理有利于最终碳纤维力学性能的提高。进一步的分析表明,随着预处理阶段纤维热应力的降低,PAN纤维内部准晶区的取向度逐渐下降,而纤维的环化反应活化能明显降低,相对环化率逐渐增大,相应碳纤维中类石墨晶体的层间距呈现先减小后增大的趋势,类石墨晶体的堆叠厚度则是先增大后减小;与之对应的碳纤维的拉伸强度以及拉伸模量也呈现出先增大后减小的趋势。综合研究结果表明:对二元共聚PAN纤维进行适当的热应力松弛处理可有效改善最终的碳纤维结构参数,提高其力学性能。 刘杰 禹化果 薛岩 梁节英关键词:聚丙烯腈 碳纤维 热应力 聚集态结构 力学性能 炭纤维生物膜载体在两相厌氧生物处理中的应用研究 2010年 考察并对比了聚丙烯腈基炭纤维(PAN-CF)、醛化维纶(PVA)和聚丙烯腈(PAN)纤维载体对硫酸盐还原菌和产甲烷菌的固着化能力,然后考察了它们在两相厌氧生物处理中的应用.结果表明,两种厌氧细菌在PAN-CF载体上的固着速率较快,固着量较大,固着在其表面的产甲烷菌活性更高,对硫酸盐和COD的去除能力更强,这可能与PAN-CF表面较强的疏水性及其优异的生物相容性有关;PAN-CF作为生物膜载体在两相厌氧处理含高浓度硫酸盐废水的应用中具有明显的优势,产酸相出水碳硫比大幅升高;产甲烷相COD去除率PAN-CF远高于PVA和PAN载体,约为它们的1.5~1.8倍;两相厌氧处理过程及效果受硫酸盐浓度变化的影响小,可更好地实现两相分离功能,促进有机物的生物降解. 马兆昆 宋晖 梁节英 刘杰关键词:炭纤维 两相厌氧处理 固着 生物膜 预炭化过程中升温速率对碳纤维结构与性能的影响 被引量:2 2011年 借助13C核磁共振波谱(13C-NMR),X射线衍射(XRD),拉曼光谱(Raman)等表征手段,研究了预炭化过程中聚丙烯腈基热氧稳定化纤维的热化学反应以及微观结构的变化,且重点研究了预炭化过程(400~800℃)升温速率对纤维热应力、结构、力学性能的影响。结果表明:随着预炭化升温速率的提高,纤维类石墨层间距d002呈现出先减小后增大,晶区堆叠厚度Lc呈现出先增大后减小的的趋势;与之相对应的纤维拉伸强度和拉伸模量则呈现出先增大后减小的变化;当升温速率达到132℃/min时,d002和Lc分别出现最小值和最大值,此时所得碳纤维的力学性能最高。 刘杰 程志涛 连峰 马兆昆 黄翔宇关键词:碳纤维 聚丙烯腈 升温速率