木質(zhì)素基碳纖維的制備與結(jié)構(gòu)性能研究

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:____________TQ311密級:______________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:_________________________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,碳纖維中心會形成孔洞缺陷。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度,但是會導(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

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