粘胶基活性炭纤维项目 可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间：https://www.doczj.com/doc/5212155255.html, 高级工程师：高建
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目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目主管部门 (1) 1.1.6项目投资规模 (2) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (3) 1.1.9项目建设期限 (3) 1.2项目建设单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4编制原则 (4) 1.5研究范围 (5) 1.6主要经济技术指标 (5) 1.7综合评价 (6) 第二章项目背景及必要性可行性分析 (7) 2.1项目提出背景 (7) 2.2本次建设项目发起缘由 (7) 2.3项目建设必要性分析 (7) 2.3.1促进我国粘胶基活性炭纤维产业快速发展的需要 (8) 2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (8) 2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (8) 2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (8) 2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (9) 2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (9) 2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (10) 2.4项目可行性分析 (10) 2.4.1政策可行性 (10) 2.4.2市场可行性 (10) 2.4.3技术可行性 (11) 2.4.4管理可行性 (11) 2.4.5财务可行性 (12) 2.5粘胶基活性炭纤维项目发展概况 (12)
第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
第19卷第4期Vol .19No .4 材 料 科 学 与 工 程 Materials Science &Engineering 总第76期Dec .2001 收稿日期:2001-05-22 基金项目:广州市科技计划基金资助项目(1999J01301) 作者简介:陈水挟(1963—),男,博士,副教授,从事环境材料、吸附分离功能材料研究。 文章编号:1004-793x (2001)04-0066-05 银型抗菌活性碳纤维的结构及其抗菌性能的研究 陈水挟,罗颖,许瑞梅,曾汉民 (中山大学材料科学研究所,复合材料及功能材料教育部重点实验室,广州 510275) 【摘 要】 利用活性碳纤维的高效吸附性能,通过浸渍法把银、银盐等金属或金属化合物吸附 沉积在活性碳纤维上,并对其进行适当处理,制备出含细小银化合物或金属银颗粒的活性碳纤维。利用扫描电镜,X -射线衍射,ICP 发射光谱等分析测定方法研究了银型抗菌活性碳纤维的结构。研究了这类银型抗菌活性碳纤维对大肠埃氏杆菌(Escherichia coli )和金黄色葡萄球菌(Staphylococlus aureus )的杀灭效果。结果表明,这类银型抗菌活性碳纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有很强的杀灭能力,经其处理后,水中的大肠杆菌和金黄色葡萄菌被完全杀灭。对每次使用后被洗脱的银含量测定表明,水中所含银浓度低于饮水标准的要求。 【关键词】 活性碳纤维;银型抗菌剂;抗菌性能中图分类号:TQ342+.87 文献标识码:A Studies on the Structure and the Properties of Ag -Type Antibacterial Activated Carbon Fiber C HEN Shui -xia ,LUO Ying ,XU Rui -mei ,ZENG Han -min (Materials Science Institute ,Zhongshan University ,Guangzhou 610275,China ) 【Abstract 】 Several kinds of activated carbon fiber (ACF ),or granular activated carbon (AC )loaded metallic silver particle or silver halides have been prepared by soaking ACF or AC in silver salt solution .The structure of the fibers was analysed by scanning electron microscopy (SE M )and powder X -ray diffraction (XRD ).The Ag content in the fiber was measured by an Inductively Coupled Plas ma (ICP )emission spectroscopy .Antibacterial test was carried out against Es -cherichia coli (E .coli )and Staphylococcur aureus (S .aureus ).The tesults show that ACF loaded silver have strong anti -bacterial activity against E .coli and S .aureus .After dealed with ACF /AC loaded Ag ,AgCl ,AgI ,no E .coli or S .aureus alive in solution can be detected .The analysis of Ag content in water after antibacterial test showed that the content of Ag meet the quality requirement of the National Potable Water Standard ,which indicated that ACF /AC loaded s ilver in this experiment would be a safe antibacterial agent . 【Key words 】 activated carbon fiber ;s ilver -type antibacterial agent ;antibacterial activity DOI :10.14136/j .cn ki .issn 1673-2812.2001.04.015
碳纤维国内技术和生产 现状简介 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
国内碳纤维技术及生产现状 我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维，历经近40年的漫长历程。在此期间，由于国外把碳纤维生产技术列入禁运之列，严格控制封锁，制约了我国碳纤维工业的发展。我国科技工作者发扬自力更生的精神，从无到有，逐步建成了碳纤维的工业雏型。20世纪70年代初突破连续化工艺，1976年在中科院山西煤炭化学研究所建成我国第一条PAN基碳纤维扩大试验生产线，当时生产能力为2t/a。20世纪80年代开展了高强型碳纤维的研究，于1998年建成一条新的中试生产线，规模为40t/a。我国主要研究单位有中科院山西煤化所、上海合纤所、北京化工大学、山东工业大学、东华大学、安徽大学、浙江大学、长春工业大学等。 我国目前使用碳纤维量约占世界用量的1/5。巨大的市场潜力，供不应求的局面，必然促进我国碳纤维工业的发展。但是，要想进入竞争的市场，一是要保证产品的质量，二是要求价位相当。针对我国碳纤维工业的现状，需首先解决高性能PAN原丝的质量，在这基础上才有可能产业化，这是进市场的前提；同时，还需进行预氧化，碳化，石墨化设备及表面处理装置的工程化开发，使其形成规模化生产能力，才能在保证质量的基础上降低成本。目前，内内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高，发展趋势令人鼓舞。 但由于对我国碳纤维产业发展的建议目前我国高性能碳纤维无论在质量上还是数量上与国外相比还有一定差距，远远满足不了需求。为此，尽快研究和发展我国自己的高性能碳纤维材料已迫在眉睫。碳纤维是一门多学科交叉、多技术集成的系统工程，质量的提升涉及到方方面面。以下几个方面应优先考虑。 1、提高PAN原丝质量 PAN原丝不仅影响碳纤维的质量，而且影响其产量和生产成本。换言之，只有高质量的原丝才能生产出高性能碳纤维，才能稳定生产，提高产量，降低成本。对于现代碳纤维
活性碳纤维的特性 1)吸附量大 活性碳纤维对有机气体及恶臭物质（如正丁基硫醇等）的吸附量比粒状活性炭（GAC ）大几倍至十几倍。对无机气体也有较好的吸附能力。对水溶液中的无机物、染料、有机物及贵金属的吸附量比GAC 高5—6倍。对微生物及细菌也有很好的吸附能力（如对大肠杆菌的吸附率可达94—99%）。对低浓度吸附质的吸附能力特别优良。如对于吸附质的浓度在几ppm 级时仍可保持很好的吸附量，而GAC 等吸附材料往往在几十ppm浓度时才有良好的吸附能力。 2)吸附速度快 对于从气相中吸附气态污染物的吸附速度非常快，对液体的吸附也可很快达到吸附平衡，其吸附速率比GAC 高数十倍至数百倍。 3)再生容易，脱附速度快 在多次吸附和脱附过程中，仍能保持原有的吸附性能。如用120-150℃蒸汽或热空气再生处理ACF 10-30分钟即可达到完全脱附。 4)耐热性好 在惰性气体中可耐高温1000℃以上，在空气中的着火点高达500℃以上。 5)耐酸、耐碱，具有较好的导电性能和化学稳定性。 6)灰份少。 7)成型性好，易加工成毡、丝、布、纸等形态。 活性碳纤维的介绍 一般传统上所使用的活性炭可分为粉末状活性炭（AC）和颗粒状活性炭(GAC)，上世纪六十年美、日、俄等国家相继研发出第三种形态的活性炭称为活性碳纤维（Activated Carbon Fibers,/ACF）。国内在七十年代末八十年初,也研发出活性碳纤维。因为活性炭纤维其表面遍布微孔，以及可经二次加工，成为不
同形态的毡及布状的材料，与传统的颗粒炭相比，具有较快的吸附、脱附的速度和更便利的操作维护等优点 活性碳纤维（以下简称ACF）的诞生在整个环保产业是一场革命。ACF是以粘胶基纤维为原料，经高温碳化、活化后制成的纤维状新型吸附材料，与社会上公认的比较好的吸附材料颗粒状活性炭相比，ACF具有以下显著的的特点： （一）、比表面积大，有效吸附量高。由于同样重量的纤维的表面积是颗粒的近百倍，所以需要填充的活性碳纤维的重量非常小，然而吸附效率却非常高，根据所处理废气的有机气体含量和其它物理特性的不同，吸附效率在85％至98％之间，多级吸附工艺可以达到99.99％,远远高于活性碳颗粒吸附法的最高吸附率88％，而且体积及总重量也都很小。 （二）、吸附﹑脱附行程短，速度快；脱附﹑再生耗能低。ACF对有机气体吸附量比颗粒状活性炭(GAC)大几倍至几十倍，对无机气体也有很好的吸附能力，并能保持较高的吸附脱附速度和较长的使用寿命。如用水蒸气加热6-10分钟，即可完全脱附，耐热性能好，在惰性气体中耐高温1000℃以上，在空气中着火点达500℃以上。 （三）、对低浓度吸附质的吸附能力特别优良，对ppm数量级吸附质仍保持很高的吸附量 （四）、形状可变，使用方便；强度好，不会造成二次污染。 活性碳纤维的应用 有机溶剂的回收 用于从气相分离回收有机溶剂，如对苯类、酮类、酯类、石油类的蒸汽均能从气相吸附回收，特别是有腐蚀性的氯化物、很容易起反映的溶剂、很容易分解的溶剂，使用ACF 做溶剂回收设备吸附脱附速度快、处理量大、回收溶剂质量高，而且回收效率可达97%以上。 空气净化
·开发与创新· Development and Applications of Carbon Fiber and Its Composites GAO Bo ,XU Zi-Li (Wuhan Textile University ,Wuhan Hubei 430073,China Abstract:This paper introduces performance and features of carbon fiber,briefly overviews the history,including both foreign and domestic.And analyses the properties and applications of carbon fiber composite material,emphasizes the related performance that carbon fiber adds to the metal matrix composites and points out its research prospects.Key words:carbon fiber ;composite ;metal matrix 0引言 碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维,是由有机母体纤维(聚丙烯睛、粘胶丝或沥青等采用高温分解法在1000~3000℃高温的惰性气体下碳化制成的。它是一种力学性能优异的新材料,比重不到钢的1/4,能像铜那样导电,比不锈钢还耐腐蚀,而其复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa 以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000~43000Mpa ,也高于钢。碳纤维按其原料可分为三类:聚丙烯腈基(PAN 碳纤维、石油沥青基碳纤维和人造丝碳纤维三类。其中聚丙烯腈基碳纤维用途最广,需求也最大[1]。 1碳纤维的发展史 1.1国外碳纤维的发展历史 20世纪50年代美国开始研究粘胶基碳纤维,1959 年生产出了粘胶基纤维Thormel-25,这是最早的碳纤维产品。同一年,日本发明了用聚丙烯腈基(PAN 原丝
碳纤维表面处理 碳纤维作为一种具有高强度高模量的先进材料，通常需要与其他基体材料进行复合制备成复合材料进行使用。由于碳纤维本身经过1300℃以上的高温处理，纤维中90%以上由碳元素组成，纤维表面活性官能团很少，具有较强的惰性，与高分子树脂等基体进行复合时，纤维与树脂的结合较差，影响纤维优异力学性能的发挥，并最终影响复合材料的性能。因此在碳纤维制备过程中，通常需要对碳纤维进行表面处理，增加其表面的活性基团，增强与树脂等基体之间的结合。 5.3.1 表面处理方法 由于碳纤维表面处理对其复合材料性能提高的作用，因此表面处理方法的研究也是碳纤维制备技术研究的重点。经过多年的研究，科研工作者开发了多种对碳纤维进行表面处理方法，表5.11列出了可以对碳纤维进行表面处理的不同方法及其影响因素。在这些处理方法中，目前应用在工业化生产上的基本上都是电解氧化法。 表5.11 碳纤维表面处理方法和影响因素 序 号 类型处理方法影响因素 1 气相氧化O2、O3、NO2、NO、SO2、NH3、空气、水蒸气/空气、NO/ 空气 时间、温度、浓度、流量2 液相氧化HNO3、H2O、KMnO4、NaClO3、Na2Cr2O7/H2SO4、H2O2/ H2SO4、 NaClO3/ H2SO4、KMnO4/ H2SO4 时间、温度、组成比例、 3 电解氧化氨水、碳酸氢铵、H2SO4、HNO3、H3PO4、NaOH、KOH、NaCl、 Na2CO3、NH4NO3、NaHCO3等水溶液时间、电压、电流密度、电解质浓度 4 催化氧化硝酸铜、醋酸铜、硝酸铅、硝酸亚铅、硝酸铁、硫酸铁、硝 酸铋、钒酸盐、钼酸盐 时间、温度、催化剂量 5 电引发聚 合物涂层丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、 醋酸乙烯、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷 时间、电压、电流、溶剂、 单体浓度 6 聚合物电 沉积涂层苯乙烯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲基醚与马 来酸酐共聚物 时间、电压、电流、溶剂、 共聚物离子浓度 7 表面涂覆PVA、PVC、PAN、硅烷物，硬性聚氨酯炭黑树脂组成含量、涂覆量 8 高温气相 沉积SiC、TiC、TiO2、ErC、NiC、B、BN、NbC、TaC、石墨晶须、 碳 温度、时间、载气、试剂 含量 9 表面聚合 物接枝丙烯酸、丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯、丙烯腈、异 氰酸酯 时间、氧化程度、接枝量、 浓度 10 等离子体 处理O2、NH3、Ar、N2、空气、SiC涂层、AN聚合时间、真空度、功率、流 动速度 11 电子辐照γ射线等辐照剂量、时间 5.3.1.1 气相氧化法 气相氧化法是将碳纤维暴露在气相氧化剂(如空气、氧等)中，在加温、加催化剂等特殊
活性炭纤维的制备与应用进展 摘要：活性炭纤维（ACF）是20世纪60年代发展起来的一种性能优于粉末活性炭和粒状活性炭的新型吸附材料。该材料的特性有：孔径分布窄、微孔丰富、具有大的比表面积、独特的表面化学性质和吸附脱附速度快等。正是由于这些特性，近年来活性炭纤维得到了迅速的发展，广泛应用于各个领域。本文主要介绍了活性炭纤维的制备工艺、结构与性能及其实际应用。 关键词：活性炭纤维（ACF）；制备；性能；应用。 1引言 活性炭纤维(Activated Carbon Fiber,简称ACF)是继粉状活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)以后的第三代产品，是在20世纪60年代逐渐发展起来的新型活性炭。ACF主要分为粘胶基ACF、酚醛基ACF、聚丙烯腈基ACF、沥青基ACF等。ACF与以往的活性炭相比,比表面积大,含量丰富的微孔占总体积的90%左右,孔径分布狭窄且均匀,微孔孔径大多在1nm左右,没有大孔和过渡孔,吸附、脱附速度快、可塑性和再生性强。ACF表面有各种官能团,对于金属离子、某些有机物及某些气体有很好的选择性吸附功能,是一种新型的高效吸附剂。 2活性炭纤维的制备 活性炭在工程中应用会在吸附层中出现松动和沟槽，有时会出现吸附层过分密实，导致流体阻力增加从而影响正常操作。为了提高吸附效果人们尝试将粉状活性炭或细粒活性炭粘附在有机纤维上或灌入空心的有机纤维中，制成纤维状活性炭，但效果不理想，于是人们后来开始探索用有机纤维为原料制备活性炭。 2.1活性炭纤维的原料来源 目前用于制造ACF纤维的原料除了沥青纤维、聚丙烯睛纤维、粘胶纤维(再生纤维素)、酚醛纤维外，还出现了如苯乙烯/烯烃共聚物，聚偏二氯乙烯，聚酸亚氨纤维、木质纤维和一些天然纤维等。前四种已经实现大规模生产并付诸工业化。 不同的原料纤维有不同的生产工艺，制成的ACF的性能也有所不同。不同原料生产的ACF 的主要优缺点如表2-1所示[1-3] 表2-1 不同原料生产的ACF的主要优缺点 种类 主要优缺点 沥青基 原料低廉，产品收率高，但杂质含量高， 不易制得，连续长丝，深加工困难，强度低 聚丙烯腈基 结构中含有S、N化合物，有催化剂作用，吸附性能好， 工艺简单成熟，但比表面积较小，成木高
学院：材料科学与工程学院 研究方向：炭纤维及复合材料题目：炭纤维表面处理研究进展
炭纤维表面处理研究进展 摘要：本文简单介绍了炭纤维的表面性质，比如比表面积、粗糙度、表面化学结构、表面的润湿性，并针对国内外对炭纤维进行表面处理的气相氧化法、液相氧化法、电化学氧化法等方法进行论述，以及SEM、TMA、ILSS、XPS等表征手段进行分析，由于界面表征手段的多样性，和界面作为另一新相的特点，对未来研究工作的研究重点进行论述。 关键词：炭纤维；表面处理；表征方法；复合材料 1. 前言 ℃） —1400℃） 2000—3000℃）上图为制取沥青基炭纤维的整个过程，但是炭纤维一般很少直接
应用，大多是经过深加工制成中间产物或复合材料使用，由于在高温惰性气体中炭化处理，随着非碳元素的逸走和碳的富集，使其表面活性降低，表面张力降低，与基体的润湿性变差。此外，为了提高炭纤维的拉伸强度应尽可能的减少表面缺陷，因此比表面积也较小，一般不超过1㎡/g。这样平滑的表面与基体的锚定效应也较差，导致复合材料的层间剪切强度的降低，达不到实用设计的要求，为使炭纤维表面由增液性变为亲液性，就要对炭纤维表面处理使它的ILSS由55—70MPa提高到90MPa或95MPa，因此对炭纤维进行表面处理是使炭纤维用于实际投入市场的关键步骤，使性能达到实用和设计的要求。石墨纤维更需要表面处理。 2 炭纤维的表面性质 2.1 炭纤维的比表面积和表面粗糙度 对于高性能炭纤维，比表面积一般在1㎡/g以下，活性比表面积更小。经过表面处理后，活性表面积显著提高，炭纤维几乎提高2倍，ILSS也随之提高很多 2.2 炭纤维的表面化学结构 炭纤维表面不仅有焦油污染物而且含活性基团较少，表现出憎液性，表面处理时，不仅氧化刻蚀除去表面沉积物，而且进行表面氧化而引入含氧基团，呈现亲液性，化学反应历程如下:由C-H氧化成羟基进而成羰基最后氧化成羧基。处理后引入含氧官能团，表面含氧量显著增加，对水的润湿性大幅度提高，最终导致复合材料ILSS的显著提高。
活性炭纤维（ＡｃｔｉｖａｔｅｄＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒ，ＡＣＦ）是 继粉状活性炭（ＰＡＣ）和颗粒活性炭（ＧＡＣ）之后发展起来的一种新型碳材料。活性炭纤维可以按其原料的不同分类，较常见的有粘胶基、酚醛基、聚丙烯腈基和沥青基活性炭纤维，其他原料的有聚偏二氯乙烯、聚酰亚胺纤维、ＰＢＯ纤维、聚苯乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙烯（Ｓａｒａｎ）基、ＰＶＡ基、天然植物纤维基等系列的ＡＣＦ［１］，其产量以粘胶基最多。粘胶基活性炭纤维的制备原料低廉，得率高，研制成功的最早，结构性能优良，是目前工业化生产和应用最广泛的炭纤维，因而具有及高的研究价值。１结构特点 １．１高比表面积 粘胶基活性炭纤维的比表面积从９００－２０００ｍ２／ｇ，有巨大的伸缩空间，可以根据不同的需要进行制备。１．２孔径均匀 紊乱碳层堆叠的类石墨微晶结构，主要以微孔为主，９２％的孔径＜２ｎｍ［２］。变化范围可以从０．２－２ｎｍ，含有少量的中孔，基本上没有大孔。ＡＣＦ的微孔孔径，直接开口于表面［３］，比较一致。１．３活性基团丰富 粘胶基ＡＣＦ的主要成分是碳，此外还有少量的氧和氢等元素，为较纯的纤维素结构，纤维表面结构复杂，有类石墨或交联烃类的碳氢结构单元、羟基、醚基、羰基、羧基等［４］，具有含氮官能团是其应用在脱硫、脱氮领域的一个很重要的因素。由于基团活性强， 可以与多种物质发生反应。 ２性能 ２．１吸附性能 活性炭纤维微孔结构直接分布于固体表面，使吸附质分子不需穿过大孔、中孔而直接到达微孔的吸附部位，缩短了吸附行程，加快了吸附速率，使大量微孔得到了充分利用。粘胶基活性炭纤维的吸附容量大，吸附层薄，吸附灵敏度高，在低浓度甚至痕量下，也可进行极其有效的吸附，吸附效率比活性炭高得多；再生容易，对乙醇的再生吸附率超过９５％［５］。２．２电性能 活性炭纤维孔道比较畅通，连接紧密，电阻低，极化性导电性好，适用于作电极材料，且具有耐热性强、热膨胀性低、化学性能稳定等优点，在一些电池或电器的电极生产中已经得到应用。ＡＣＦ制品种类众多，应用方便。 ２．３氧化还原性能 ＡＣＦ能将一些电极电位较高的离子还原为零价或低价金属，利用ＡＣＦ的氧化还原特性，能把钯离子、六价铬、银离子和三价金离子还原，在贵金属的回收和冶炼，高价有毒有害废水的治理方面，有极重要的参考价值。根据有关资料显示，纤维的氧化还原能力与类石墨片层有关。２．４催化特性 在催化中发挥作用的有石墨层面中π电子、碳原子所具有的不成对电子、表面含氧基团和ＡＣＦ的表面自由基。在处理气态污染物时，ＡＣＦ优于活性炭类催化剂［６］。 ２．５生物相容性 ＡＣＦ易于微生物固着，具有良好的生物相容性。利用此特性，发挥微生物的降解和活性炭吸附的协同 粘胶基活性炭纤维及其改性研究 （河北科技大学环境科学与工程学院，河北 石家庄 ０５００１８） 梁英娟，罗湘南 ［摘 要］粘胶基活性炭纤维结构突出， 性能优越，吸附量大，制备得率高，便于加工控制和改性处理，因而其产量最多，应用最广泛。介绍了粘胶基活性炭纤维材料的结构特点，性能多样性、加工制备过程和化学改性的国内外研究状况，并对其应用前景进行了展望。 ［关键词］粘胶基活性炭纤维；吸附；改性［中图分类号］ＴＱ３４２＋．７４２ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００３－５０９５（２００７）０８－００２６－０３ ［基金项目］河北省建设厅基金资助项目（２００５－１２５）［收稿日期］２００７－０５－２９ ［作者简介］梁英娟（１９７４－），女，在读硕士，研究方向为水污 染控制理论与技术。 第３０卷第８期２００７年０８月Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．８Ａｕｇ．２００７
大连理工大学科技成果——活性碳纤维（ACF）回收 有机蒸汽 一、产品和技术简介: ACF是近几十年发展起来的一种新型吸附剂。它是以粘胶基纤维为原料，经高温炭化﹑活化后制成的纤维状新型吸附材料。ACF具有优异的结构与性能特征，与社会上公认的比较好的吸附材料——颗粒状活性炭（GAC）相比，ACF具有显着的优点：ACF具有微孔结构，比表面积大，有效吸附量高，为GAC的1.5~10倍；具有一定量的表面官能团，对有机气体具有较大的吸附量，且吸附、脱附行程短，速度快，比GAC快1～2个数量级；可实现对有机废气、废液的全自动连续净化处理；滤阻小，是GAC的1/3；对低浓度吸附质的吸附能力特别优良，在吸附质浓度低的情况下，仍有很好的吸附性能，可达到ppm级；而GAC等吸附材料的吸附能力在低浓度时大幅下降；可制成纤维束、布、毡等各种形状，应用中更灵活，操作更方便；强度高，耐破损和撕裂，不会像GAC一样在操作中形成沟槽和沉降。这些优点使ACF逐渐取代传统的GAC吸附剂而在工业过程中应用。我们开发的活性碳纤维回收有机蒸汽技术，具有投资少，能耗低，操作简单，全程可自动化操作，对有机蒸汽的痕量吸收非常有效，是解决目前化工厂所面临的环保问题的最佳方法。我们已经成功地为扬子-巴斯夫有限责任公司建成了一套苯蒸汽回收装置，经处理后，尾气中的苯含量远远小于国家环保规定的指标。工艺流程简单，可根据具体工况设计合理的工艺过程，可选择单床、双床或多床工艺。
二、应用范围和生产条件： 本技术可广泛应用于以下行业及有机物种类： 烃类：苯、甲苯、二甲苯、正己烷、石脑油、护膜挥发油、环己烷、二氧杂环己烷稀释剂、汽油等。 卤烃：三氯乙烯、全氯乙烯、二氯乙烷、三氯甲烷、三氯苯、四氯化碳、氟里昂等 酮类：丙酮、MEK（甲乙酮）、MIBK（甲基异丁（基甲）酮）、环己酮等 醚类：甲醚、乙醚、甲乙醚、THF（四氢呋喃）、甲基溶纤剂等。 醇醛类：甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、甲醛、乙醛、糠醛等 聚合用单体：氯乙烯、丙烯酸、苯乙烯、醋酸乙烯等。 适用于：化工、石油化工、医药、感光材料、汽车部件、电气、电子元件、印刷、涂漆、罐装车、橡胶、纤维、塑胶、人造革、干洗、酿造等 技术水平达到国际先进水平 本项目采用先进的工艺方案，可实现全自动控制，操作条件温和，在常温低压下进行，生产易控制，对环境不会造成污染。装置占地面积小，能耗低，使用寿命长。 三、获得的专利等知识情况：自主知识产权 四、提供技术的程度和合作方式： 提供产业化技术，装置设计制造，交钥匙工程。应用实例：扬子石化-巴斯夫有限责任公司碳吸附单元。
人员分工情况 资料收集：蔡煜简江婷婷宋爽韵周晓楠张领中英文摘要：蔡煜张领周晓楠 内容编写：发展部分简江婷婷宋爽韵 现状与差距部分蔡煜张领周晓楠排版校对：简江婷婷宋爽韵 宋爽韵 20110815023 简江婷婷 20110815036 蔡煜 20110815045 周晓楠 20110815047 张领 20110815050
碳纤维的发展与现状 学生：蔡煜简江婷婷宋爽韵周晓楠张领指导老师：秦文峰 摘要:简要介绍了碳纤维的性能、发展历史以及在航空航天领域中的应用，同时分析了国内外碳纤维的发展差距，给出了对我国碳纤维发展的建议。 关键词：碳纤维;碳纤维复合材料;应用领域;发展差距;发展建议 Abstract：The brief introduction of the performance and development history and application in the aviation&aerospace field of carbon fiber ,the analysis of the development gap of carbon fiber between home and abroad ,the advises of carbon fiber’s development to our country are given in this paper. Key words：carbon fiber;carbon fiber composites;application territory; development gap;development advises
新产品与新技术 碳纤维的表面处理 吴 庆 陈惠芳 潘 鼎 (东华大学材料学院 上海200051) 摘 要 本文综述了碳纤维的表面结构与性能,介绍了两种通用的碳纤维表面处理方法:电化学氧化法和等离子氧化法;同时也总结了碳纤维表面处理对提高碳纤维/树脂复合材料界面的粘接机理。 关键词 碳纤维,表面处理,复合材料界面,粘接机理,IL SS SURFACE TREATMENT OF CARBON FIBER Wu Qing Chen Huifang Pan Ding (Material Depatment of Donghua University,Shanghai200051) Abstract A review of the surface structure and performance of carbon fiber is presented.Two general surface treatment method of carbon fiber is introduced:electrochemical and plasma oxidation; The adhesion mechanisms contributing to the improvements in the interface of carbon fiber/resin com2 posites are also summarized. K ey w ords carbon fiber,surface treatment,composite interface,adhesion mechanism,IL SS 碳纤维(CF)具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异的性能[1],这些性能使其成为近年来最重要的增强材料之一,从而在很多领域都得到了广泛的应用。 碳纤维绝大多数是以复合材料的形式使用,其中,又以碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)为应用的主要形式[2]。复合材料的性能不仅取决于其组成材料,更取决于其组成材料之间的界面质量,良好的界面结合能有效地传递载荷,充分发挥增强纤维的高强高模的特性,提高复合材料的机械性能[3]。但碳纤维/树脂两相界面之间的粘接性能相当差[4]。这就导致两者间较差的应力转移,以致不能充分发挥出复合材料潜在的力学性能。所以必须对碳纤维进行表面处理[5],从而提高复合材料的层间剪切强度(IL SS)。 本文将首先简要介绍碳纤维的表面结构与性能,在此基础上介绍两种通用的表面处理方法,并尝试对表面处理对界面粘接强度的促进机理作出解释。 1 碳纤维的表面结构与性能 111 碳纤维的结构 碳纤维一般是用分解温度低于熔融点温度的纤维状聚合物通过千度以上固相热解而制成的[6]。因此,碳纤维实际上几乎是纯碳(含碳量90%以上)。在热裂解下,排出其它元素,形成石墨晶格结构。但实际的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于“乱层石墨结构”[7]。在乱层石墨结构中,石墨层片是一级结构单元,其直径约为200!;碳纤维的二级结构单元是石墨微晶,石墨微晶一般由数张到数十张层片组成,微晶厚度L c约100!,微晶直径L a约200!,层片与层片之间的距离叫面间距d(d约为314!);由石墨微晶再组成原纤结构,其直径为500!左右,长度为数千!,这是纤维的三级结构单元。最后由原纤结构组成碳纤维的单丝,直径一般为6～8μm。 通过在氧气(O2)等离子体中用腐蚀方法研究碳
碳纤维表面处理阅读报告 碳纤维是用分解温度低于熔融温度的纤维聚合物, 通过千度以上固相热解而制成的具有比强度高、比模量高、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能, 在航天、航空等高科技领域中被广泛用于碳纤维增强复合材料。 表面物理性能主要包括表面形貌、表面沟槽大小及分布、表面粗糙度、表面自由能等。从表面形态上看, 碳纤维的表面有很多孔隙、凹槽、杂质及结晶, 这些对复合材料的粘结性能有很大影响。碳纤维表面的化学反应活性与其活性基团的浓度密切相关,而这些活性基团主要为羟基、羧基和环氧基团等含氧官能团,故O/C比(氧元素与碳元素比值)可以间接反映碳纤维的化学活性 传统的粘合理论认为被粘物表面的不规则性有利于粘合剂的填入,固化后粘合剂和被粘物表面发生咬合而固定,同时表面粗糙的被粘物会增加真实的粘结面积,粘合强度亦随表面粗糙度的增加而增加,所以碳纤维表面沟槽状态和表面粗糙度可能对其界面强度有影响。常用的表面处理方法有氧化法和非氧化法两大类。 氧化法 1.气相氧化法 气相氧化法是将碳纤维暴露在气相氧化剂(如空气、O3等) 中, 在加温、加催化剂等特殊条件下使其表面氧化生成一些活性基团(如羟基和羧基)。经气相氧化法处理的碳纤维所制成的CFRP,弯曲强度、弯曲模量、界面剪切强度(IFSS) 和层间剪切强度(ILSS) 等力学性能均可得到有效提高, 但材料的冲击强度降低较大。此法按氧化剂的不同, 通常分为空气氧化法和臭氧氧化法。采用空气氧化时, 氧化温度对处理效果有显著影响。臭氧氧化法由于具有时间短、设备工艺简单、氧化缓和等特点, 也得到了广泛的应用。近年来, 利用惰性气体氧化法进行表面处理,也得到了研究人员的关注。 2. 液相氧化法 液相氧化法是采用液相介质对碳纤维表面进行氧化的方法。常用的液相介质有浓硝酸、混合酸和强氧化剂等。液相氧化法相比气相氧化法较为温和, 一般不使纤维产生过多的起坑和裂解。但是其处理时间较长, 与碳纤维生产线匹配难, 多用于间歇表面处理 3. 阳极氧化法 阳极氧化法, 又称电化学氧化表面处理, 是把碳纤维作为电解池的阳极、石墨作为阴极, 在电解水的过程中利用阳极生成的“氧”, 氧化碳纤维表面的碳及其含氧官能团, 将其先氧化成羟基, 之后逐步氧化成酮基、羧基和CO2的过程4等离子体氧化法 等离子体法主要是通过等离子体撞击碳纤维表面,从而刻蚀碳纤维表层,使其表面的粗糙度增加,表面积也相应增加。由于等离子体粒子一般具有几个到几十个电子伏特的能量,使得碳纤维表面发生自由基反应,并引入含氧极性基团。等离子体法还有可能使碳纤维表面微晶晶格遭到破坏,从而减小其微晶尺寸。 非氧化法 1. 表面涂层改性法 表面涂层改性法的原理是将某种聚合物涂覆在碳纤维表面, 改变复合材料 界面层的结构与性能, 使界面极性等相适应以提高界面粘结强度, 同时提供一个可消除界面内应力的可塑界面层。活性涂层可显著改善复合材料的剪切性能, 而
碳纤维的发展现状 碳纤维(carbon fiber)，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维碳，是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将聚丙烯腈(PAN)基碳纤维浸泡在强碱溶液中，时间已过去20多年，它至今仍保持纤维形态。 图1 碳纤维 碳纤维最早由美国联合碳化物公司和美国空军材料实验室于1959年投产，原丝采用粘胶纤维。1962年，日本碳公司进行了通用级聚丙烯腈基碳纤维的生产。1971年，日本东丽公司的高性能聚丙烯腈基碳纤维投产。沥青基碳纤维是日本吴羽化学工业公司于1973年投产的。联合碳化物公司生产了高模量沥青基碳纤维,1985年，美国、日本及西欧的聚丙烯腈基碳纤维年生产能力共约有7.25kt，沥青基碳纤维为1.28kt。 碳纤维一般以力学性能和制造原材料来进行分类。 按力学性能一般可分为两类：a)通用型(GP)碳纤维；b)高性能型(HP)碳纤维。通用型碳纤维强度1000MPa、模量100GPa左右，高性能型碳纤维又可分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型(模量在300GPa以上)。强度大于4000MPa者称为超高强型;模量大于450GPa者称为超高模型。
按原材料可分为3类：a)聚丙烯腈基(PAN)碳纤维；b)沥青基碳纤维；c)粘胶基(纤维素)碳纤维。3种原料碳纤维的主要性能见表1。 表1 3种原料碳纤维的主要性能 碳纤维按照一束纤维中根数的多少分为小丝束和大丝束碳纤维。通常把1K、3K、6K、12K和24K的称为小丝束，36K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括48K～480K等。1K为1 000根丝。 在聚丙烯腈基(PAN)碳纤维中，日本东丽公司的碳纤维为国际公认的代表性产品，分为T系列(碳化产品)、M系列(石墨化产品)，规格有T300（拉伸强度大于3000MPa），T700(拉伸强度大于4500MPa(，T800，T1000（拉伸强度大于7000MPa）等。 碳纤维有长丝、短纤维、短切纤维等,可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料，如金属涂层。 纤维。长丝和纤维织物一般加工成预浸料。此外，还可不经碳化和石墨化生产聚丙烯腈预氧化丝和活性炭纤维。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，常加入树脂、金属、陶瓷和混凝土等，构成相应的复合材料，用于制作飞机结构材料、火箭外壳、宇宙机械、高尔夫球棒、球拍、机动船、电波屏蔽除电材料、电视机天线、离心分离机的高速转子、工业机器人、汽车板簧及驱动轴、人工韧带等身体代用材料等。 碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器
填空题 1. 碳纤维表面处理的方法有、、 和。 2. 纤维增强树脂的机械性能特点：、、 、。 3. 玻璃纤维增强水泥(GRC)中玻璃纤维的掺量范围。 4. 复合材料选用聚合物需要考虑的因素、、 。 5. 玻璃纤维表面处理方法有：、、。 6. 无机胶凝材料根据硬化条件不同分为和。 7. 镁质胶凝材料的原料主要有和。 8. 碳纤维表面处理的方法有、、 和。 9. 提高纤维增强塑料耐水性的方法有：、、 和。 判断题 1. 无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维耐酸性好。( ) 2. 菱镁矿的煅烧温度比白云石要高，菱镁矿的煅烧温度约为800~850°C，白云石的煅烧温度约为650~760°C。( ) 3. β型半水石膏硬化浆体比α型半水石膏硬化浆体的强度高。( ) 4. 在高分子化合物中引入庞大的侧基可以提高高分子化合物的热变形性。( ) 5. 用聚丙烯腈原丝制备碳纤维的碳化阶段，随热处理温度提高，纤维弹性模量和拉伸强度均提高。( ) 6. 活性填料与惰性填料在不同的场合，对于不同的树脂可以相互转化。( ) 7. 纤维状、片状填料既可以提高材料的机械强度也可提高材料的成型加工性能。( ) 8. 纤维增强塑料(FRP)的疲劳强度随纤维体积含量增加而提高。( ) 9. 树脂的电性能与其分子结构密切相关，一般，分子极性越大，电绝缘性越好。( ) 10. 纺织型浸润剂在玻璃钢成型时不必除去，可直接使用。( ) 11. 硅橡胶属于通用合成橡胶。( ) 12. 结晶聚合物没有精确的熔点，只存在一个熔融范围。( ) 13. 合成橡胶比天然橡胶工艺性好。( ) 14. 无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维耐水性好。( ) 15. 玻璃纤维增强水泥(GRC)的强度随纤维掺量增加而提高。( ) 16. 在玻璃纤维增强水泥(GRC)中，采用粉煤灰或细砂代替部分水泥用量，不仅能大大提高基体的体积稳定性，而且能提高GF的增强效果和复合材料的基本性