木質(zhì)素基碳纖維的制備與結(jié)構(gòu)性能研究

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1、分類號(hào)：____________TQ311密級(jí)：______________公開ＵＤＣ：____________620單位代碼：______________11646碩士專業(yè)學(xué)位論文論文題目：木質(zhì)素基碳纖維的制備與結(jié)構(gòu)性能研究學(xué)號(hào)：_________________________1511086345姓名：_________________________江雪峰專業(yè)學(xué)位類別：________________________工程碩士專業(yè)學(xué)位領(lǐng)域：________________________材料工程學(xué)院：____________

2、_____________材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院指導(dǎo)教師：_________________________歐陽琴副研究員合作導(dǎo)師：_________________________孫巍副教授論文完成單位：中科院寧波材料工程與技術(shù)研究所_______________________________論文提交日期：2018年6月25日AThesisSubmittedtoNingboUniversityfortheMaster’sDegreePreparationandstructuralPropertiesofligninbased

3、carbonFiberCandidate：JiangXuefengSupervisors：AssociateProfessorOuyangQinAssociateProfessorSunWeiFacultyofMaterialsScienceandChemicalEngineeringNingboUniversityNingbo315211，ZhejiangP.R.CHINADate：JUNE25th2018寧波大學(xué)碩士學(xué)位論文木質(zhì)素基碳纖維的制備與結(jié)構(gòu)性能研究摘要木質(zhì)素是一種重要的可再生資源。其含有豐富的碳元素，且價(jià)格低廉，是

4、制備碳纖維的理想原料。但木質(zhì)素是復(fù)雜的三維網(wǎng)狀聚合物，難以單獨(dú)進(jìn)行紡絲。采用聚丙烯腈（PAN）與木質(zhì)素共混改性，再通過濕法紡絲工藝可以制得連續(xù)纖維，但是該方法對木質(zhì)素的質(zhì)量要求較高，且存在木質(zhì)素流失、纖維內(nèi)部形成孔洞缺陷的嚴(yán)重問題。為此，本論文主要開展以下研究工作：（1）優(yōu)化木質(zhì)素純化工藝，降低無機(jī)雜質(zhì)含量，研究純化過程對木質(zhì)素結(jié)構(gòu)與性能的影響；（2）采用腈綸P(AN-VAc)共聚物與麥稈木質(zhì)素共混改性，制備低成本碳纖維原絲，研究木質(zhì)素和P(AN-VAc)共聚物之間的相互作用；（3）研究紡絲液改性方法，采用P(AN-IA)共聚物

5、和氨化改性技術(shù)制備致密原絲；（4）采用P(AN-IA)共聚物與多種工業(yè)木質(zhì)素共混改性，對比研究不同木質(zhì)素及其原絲和碳纖維的性能。取得主要成果如下：1.采用鹽酸沉析、離心分離和酸洗的方式可以有效去除木質(zhì)素中的無機(jī)雜質(zhì)，采用0.6:1的鹽酸用量對木質(zhì)素進(jìn)行酸析處理，經(jīng)四次純化處理后，木質(zhì)素的灰分含量降低至0.77%。純化后的麥稈木質(zhì)素具有較高的反應(yīng)活性。2.采用麥稈木質(zhì)素和腈綸P(AN-VAc)共聚物共混制備低成本碳纖維原絲，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素含量對紡絲液的粘度和原絲的結(jié)構(gòu)影響很大。該木質(zhì)素能夠引發(fā)氰基在較低溫度下發(fā)生環(huán)化反應(yīng)，促進(jìn)熱穩(wěn)定化

6、。當(dāng)木質(zhì)素含量增加到30%以上時(shí)，碳纖維中心會(huì)形成孔洞缺陷。3.采用乙酸銨對麥稈木質(zhì)素/P(AN-IA)共混紡絲液進(jìn)行氨化改性，在純水凝固浴中制得結(jié)構(gòu)致密、截面為圓形的纖維。乙酸銨可以選擇性氨化P(AN-IA)，提高紡絲液的親水性，并不會(huì)將木質(zhì)素改性導(dǎo)致其流失。4.采用三種木質(zhì)素與P(AN-IA)共混制備原絲，對比了三種木質(zhì)素及其原絲和碳纖維的性能，發(fā)現(xiàn)楊木木質(zhì)素的熱穩(wěn)定性最好，碳化收率最高。木質(zhì)素的加入并未降低原絲及其碳纖維的強(qiáng)度，但是會(huì)導(dǎo)致模量有所下降。I木質(zhì)素基碳纖維的制備與結(jié)構(gòu)性能研究本論文通過深入研究木質(zhì)素純化工藝、紡

7、絲液改性方法、木質(zhì)素種類以及預(yù)氧化和碳化工藝，制得了具有較高木質(zhì)素含量和致密結(jié)構(gòu)的原絲以及具有良好力學(xué)性能的碳纖維，為開發(fā)低成本的木質(zhì)素基碳纖維奠定了重要的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：木質(zhì)素，聚丙烯腈，共混物，灰分，碳纖維II寧波大學(xué)碩士學(xué)位論文Preparation,structureandpropertiesofligninbasedcarbonfibersAbstractLigninisanimportantrenewableresource.Itisanidealmaterialforpreparationofcarbonf

8、ibersbecauseofitscarbon-richandlow-costcharacteristics.Butligninisacomplexthree-dimensionalnetworkpolymer,whichisdifficulttospinint