碳纤维性能研究

碳纤维性能研究（通用12篇）

碳纤维性能研究 篇1

0 引言

通过对碳纤维直接进行单丝拉伸测试, 测量拉伸变形, 从而得到碳纤维单丝的拉伸力学性能参数, 包括拉伸弹性模量、强度和断裂伸长率。最后使用扫描电子显微镜 (SEM) 对碳纤维单丝断裂前后的形貌进行了观察, 探究纤维微结构对拉伸性能的影响。碳纤维并非完美的石墨结晶构造, 而是具有一定起伏的带状结构, 其为乱层石墨。

石墨单晶的性质具有高度异向性, 即在平行基面方向具有良好的机械性质及导电性, 但垂直于基面的C轴方向其机械性质及导电性均差。而在碳纤维中, 碳原子以形成平面六角的共价键结合, 此平面的碳层互相叠合并卷曲成长柱形, 这就是碳纤维生成的方式, 因此它在纤维的方向, 由于共价键的缘故, 具有较高的强度, 而在横向方面, 每一碳层间, 则是靠较弱的范得华力来结合, 故强度较低。其导电机理与金属材料不同, 它主要取决于非定域 (delocalized) π电子。碳化、石墨化温度愈高, 石墨层面愈发达, 形成大π键的非定域区愈大, 导电性能愈好。同理, 热传导是靠格波传递, 也是随着石墨层平面的增大而增加。碳纤维的电热性能已得到广泛应用, 是非金属材料的佼佼者。

1 实验

1.1 单纤维细丝力学性能实验

1.1.1 实验方法

实验所用的纤维是商用的碳纤维, 使用激光衍射法来测量直径。首先在单纤维上涂上标记点, 通过CCD记录变形前后的图像, 对其进行相关运算, 找到相关系数的极值就得到相应的变形。当用CCD拍摄变形图像时, 使用黑背景和白色标记点来增加对比度, 以便能够清晰观察和准确测量, 如图1所示是一幅加了4个白色标记点的纤维单丝受拉伸图像。

为了排除单纤维加载时摩擦力的影响, 采用垂直加载方式, 其中纤维通过狭缝是为了有效地控制纤维单丝不发生摆动或扭转。碳纤维单丝随机从复丝中选取, 将单纤维的一端粘贴在固定端上, 另一端等量施加微型砝码, 由纤维的横截面积可计算出纤维应力。另外, 每增加一次载荷就用CCD记录一次纤维的变形图像, 使用数字标记点识别方法对图像进行相关分析, 计算出加载后图像的位移大小, 再除以纤维原长度, 就可得出相应的应变, 这样通过应力应变曲线就可以拟合得到纤维的弹性模量。

1.1.2 结果讨论

分别选取三根单丝 (A、B和C) 来做实验, 得到的点近似于一条直线, 如图1所示。

碳纤维在拉伸力载荷作用下的弹性应力应变分布, 基本呈线性关系。经过多次试验发现重复性不好, 这可以解释为碳纤维单丝上的缺陷的影响, 即单丝存在变异性, 这与生产工艺有关。使用线性拟合的方法可得纤维所对应的弹性模量, 从实验中也可以得到纤维的拉伸强度和断裂伸长率。碳纤维单丝的直径在7μm左右, 碳纤维的拉伸模量为230GPa左右, 拉伸强度大约2.5GPa;断裂伸长率约1.1%。

通过用SEM扫描电子显微镜对纤维单丝形貌进行分析, 纤维单丝呈圆柱形, 表面有一些较深的沟槽、突起和表面沉积物, 存在着缺陷。碳纤维单丝断口形貌呈不规则形状, 碳纤维具有皮芯结构, 这些微观形态结构直接影响了纤维的拉伸力学性能。

1.2 碳纤维的导电性实验

1.2.1 碳纤维结构与电阻率

石墨单晶的性质具有高度的异向性, 在平行基面的方向具有优良的机械性质及良好的导电性, 但垂直于基面的方向其机械性质及导电性均差。由于石墨基面在碳纤维中具有高度的顺向性, 因此碳纤维的性质亦有较高的各向异性。若碳纤维中石墨基面的顺向性越好, 则其在纤维轴向机械性质越好, 电阻值越低。

随着石墨化程度的提高, 电阻率也随之下降。电阻率下降, 表示石墨化程度越好, 石墨基面在碳纤维化可以分为3个阶段, 第一阶段, 急速下降段, 即当石墨化程度在较低范围内时, 其电阻率随石墨化程度的增加而快速下降;第二段为逐渐平缓区, 随着石墨化程度继续增大其电阻率的变化逐渐平缓;第三段为平缓段, 在石墨化程度较高的范围内, 电阻率的变化继续下降, 但其变化量较小且曲线趋于平缓。如图2所示。

1.2.2 结果讨论

碳纤维的石墨化程度决定了碳纤维的性质。石墨化程度越好, 纤维越趋近于完美石墨结构导电性也越好。

对目前实验所使用的数种碳纤维, 发现其导电性与X光绕射所计算出的Lc值以及拉曼光谱分析所得的AD/AG比值有很好的关联性。

1.3 碳纤维的热性能

1.3.1 碳纤维的热导率

碳纤维主要是靠格波传热。格波是量子化的, 其量子叫做声子;热导率的大小与声子的平均自由行程有关, 而平均自由行程与石墨层面相关。实验表明, 石墨化程度越高, 热导率λ也越大。对于PAN基碳纤维T300, 热导率约为615W/m·km·k;对于中间相沥青基碳纤维P2120, 热导率约是铜 (398W/m·k) 的116倍, 是铝 (237W/m·k) 的217倍。

1.3.2 碳纤维的热辐射

碳纤维通电后电热效率的能量平衡如下:

式中, W-电功率;TS-束丝表面温度;D-束丝直径;TA-周围环境温度;L-束丝长度;H-对流传热系数;σ-斯蒂芬2玻尔兹曼常数 (5617n W/m2·K4) 。在高温区, 以辐射传热为主。辐射功率密度与束丝表面温度T有关。温度愈高, 热辐射波长愈短。

2 碳纤维性能的应用

2.1 碳纤维力学性能应用

碳纤维高强度、高模量的优良力学性能不仅用于建筑、体育、航天等宏观领域, 而且还可用于微电子产品、电子元件等领域, 主要应用了它的高模量, 即良好的耐变形性、尺寸稳定性等优良力学性能。

2.2 碳纤维用于电热器材

碳纤维纸、碳纤维布、碳纤维带和碳纤维线已广泛用于工业和民用领域。作为电热元件, 如工业装置的加热器、冬季施工现场的大面积加热保温、冬季汽车行驶的加热器 (包括司机座垫、靠背及水箱保温) 、多种家用电器以及取暖保健用品等。这些电热器材属于低温型, 使用温度不超过200℃。因为碳纤维在350℃空气中开始氧化, 氧化失重导致电阻率变化, 电热性能不稳定, 甚至带来危险。把碳纤维或碳毡封闭在耐热石英管中, 通电后温度可达到上千度。用粘胶碳纤维为元件, 封闭在真空石英管中, 通电后会辐射红外波, 电热转换效率高, 实现节电节能。这种高温电热管可用于工业和民品电器。碳纤维通电加热后热辐射红外波长在215~13μm之间, 恰好是人体易吸收的波长范围, 具有显著的生物效应。最适宜生产碳纤维远红外电热褥。

2.3 用于电磁屏蔽和防静电

碳纤维织物电阻率低, 不起静电, 是很好的工业防静电材料。电磁屏蔽效果佳, 用于微波炉、电脑等家电防护布。

3 结语

碳纤维的热导率λ比铜还高, 显示出优异的电热性能。研制高导热碳基材料是当前的热点课题之一。研制成碳基散热片, 散热量是铜的2倍, 重量仅为它的1/2, 主要用于仪器仪表、通讯器材和集成电路 (IC) 等方面;电子元件高度集成化、小型化和数字化是发展趋势, 高效散热片就显得格外重要。碳纤作为柔性高导热散热片, 研究难度要比“硬”式散热片难得多。

参考文献

[1]姚鼎山.远红外保健纺织品[M].上海:中国纺织大学出版, 1996.

[2]贺福, 杨永岗.碳纤维的电热性能及其应用.高科技纤维与应用[J].2003, 38 (5) ∶7-31.

[3]贺福, 王茂章.碳纤维及其复合材料[M].北京:科学出版社, 1976.

[4]杨小平, 卢基贵.碳纤维导电发热复合材料的研究和应用进展第三届两岸碳材料研讨会论文集[C].逢甲大学, 2004, 62-66.

[5]亢一澜, 高英剑, 赵志岗.用数字散斑相关技术测光导电胶薄膜的力学性能[J].内蒙古工业大学学报, 1997, 16.

碳纤维性能研究 篇2

试剂：磷酸二氢甲、盐酸、无水碳酸钠、硼砂、碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液和水。

仪器：电子天平、烘箱、烧杯和玻璃棒。

3.2 方案

用实验室的化学试剂配制pH值不同的缓冲液，缓冲液配制方案如下：

(1)磷酸盐缓冲液(pH值为3.7) 取磷酸二氢甲50g，加水400mL，加盐酸调节pH值至3.7，摇匀，即得。

(2)硼砂-碳酸钠缓冲液(pH值为10.8～11.2) 取无水碳酸钠5.3g，加水使溶解成1000mL;另取硼砂1.91g，加水使溶解成100mL。临用前取碳酸钠溶液973mL 与硼砂溶液27mL，混匀，即得。

(3)磷酸盐缓冲液(pH值为7.4) 取磷酸二氢钾1.36g， 加0.1mol/L氢氧化钠溶液79mL，用水稀释至200mL，即得。

用电子天平称3份聚乳酸纤维，放入烘箱里烘两个小时，再称重，记下数值。将定量聚乳酸纤维投入pH值分别为3.7、10.9和7.4的缓冲溶液中，用玻璃棒搅拌直至全部润湿，恒温37℃进行降解。静置24小时后取出用水清洗干净后把水挤干，放进温度设定为50℃的烘箱直至完全烘干，再用电子天平称重，记下数值。随后每隔20小时重复上述操作，再记录8组数据，最后分析其降解情况。聚合物的重量变化通过残留重量百分比衡量，将降解前后所测定的聚合物重量分别记为W0和Wn(n指降解时间)，则残留重量百分比(%)=100Wn/W0。

3.3 结果分析

试验结果如表3所示。

由表3可以看出，聚乳酸纤维在中性环境中完全没有降解，在酸性溶液中变化也不大，只是在144小时过后才有稍微降解。而聚乳酸纤维在碱性环境中却有很大的变化。聚乳酸纤维在碱性溶液中的残留重量逐渐减小，在前24个小时没有什么变化，之后随着时间的推移纤维重量缓慢减少，在120小时后变化速度变快，由92.6%下降至49.45%。由此可以得出聚乳酸纤维在碱性溶液中发生降解，而在中性和酸性溶液中很难降解。

4 结论

通过观察试验现象和计算分析了解了聚乳酸纤维的化学性能和降解性能，由化学试验可以知道，聚乳酸纤维有较好的耐酸性，而对碱的抵抗能力较差。由降解性试验可以看出，聚乳酸纤维在碱性条件下会发生降解且降解速度较快，在中性和酸性条件下基本不发生降解，用缓冲液对聚乳酸纤维进行降解性研究是可行的。因此在处理聚乳酸纤维制品时，应选择碱性环境，可使聚乳酸纤维快速有效地降解。

参考文献：

[1]李亚滨.绿色纺织材料――聚乳酸纤维的结构和性能[J].天津纺织科技，，(6)： 23-25.

[2]唐昕.聚乳酸纤维的开发与玉米的前景[J].国外纺织技术，，05(2)：8-9.

[3]俞建勇，赵恒迎，程隆棣.新型绿色环保纤维――聚乳酸纤维性能及其应用[J].纺织导报，2003，3(16)：63-64.

[4]张敏，崔春娜，宋洁，等.聚乳酸降解的影响因素和降解机理的分析[J].包装工程，，29(8)：16-19.

木棉纤维性能与应用的研究 篇3

文献标识码：B文章编号：1008-925X(2012)07-0012-01

摘要：

木棉纤维是锦葵目木棉科内几种栽培种植物果荚内附着的纤维,属单细胞纤维，同时也是最细的天然超细纤维，纵向呈圆柱型表面光滑，截面为圆形或椭圆形。本文从其形态特征、性能、应用等几方面研究，并把木棉纤维与棉纤维的结构以及性能进行了比较。结果表明，木棉纤维中空度较高，细胞壁薄，因而相对密度小，浮力好，同时不存在类似于棉纤维次生胞壁纤维素淀积过程，易于加工，结晶度低，应用前景良好。

关键词：木棉纤维;性能;比较;应用

1 关于木棉的概述

木棉纤维是锦葵目木棉科内几种植物的果实纤维，属单细胞纤维，其附着于木棉蒴果壳体内壁，由内壁细胞发育、生长而成。一般长约8 ～32mm、直径约20～45μm 。木棉纤维是一种非棉的天然纤维，它是木本植物攀枝花树、英雄树、烽火树等的果实纤维木棉纤维有白、黄及黄棕色三种颜色。

2木棉纤维的性能介绍

2.1木棉纤维的形态结构特征。

木棉纤维的横截面胞壁在0174μm 左右,中腔直径达15μm ,中空度高达97 %。因此木棉是迄今为止中空度最高的纤维,化学纤维目前的中空度也只能达40 % 。木棉纤维横截面胞壁断面上有呈层状排列、大小不一的孔洞,最大尺度为300～400 nm。孔洞是由于胞壁存在着纤维素大分子相对紧密排列的微纤和相对疏松的无定形区,断裂时由原纤抽拔形成。纤维纵向表面有微小凸痕,但不均匀,也没有似棉纤维一样的转曲。由此可知,木棉纤维不存在类似于棉纤维次生胞壁纤维素淀积过程。

2.2木棉纤维的物理性能。

木棉纤维有白、黄和黄棕色三种，纤维长约8mm～32mm，直径约20μm～45μm。纵向外观呈圆柱型，表面光滑，不显转曲；中段较粗，根端钝园，梢端较细，两端封闭。纤维截面为圆形或椭圆形的大中空管壁，截面细胞未破裂时呈气囊结构，破裂后纤维呈扁带状。木棉纤维独特的纤维结构也决定了它不同于其它自然纤维的基本性能。纤维在水中可承受相当于自身20～36倍的负荷而不致下沉。木棉纤维的平均折射率为1.71761比棉的1.59614略高，这就导致木棉纤维光泽明亮，光滑的圆截面更加剧了光泽度。

2.3木棉最突出的性能-保暖性。

木棉纤维细度仅有棉纤维的1/2，中空率却达到97%，是一般棉纤维的2-3倍。木棉中空纤维的纱体蓬松，很容易使超细纤维进入织物空隙，形成高效静止空气层，可显著提高热阻率，从而木棉纤维是最理想的保暖材料，保暖性能是羽绒的3倍。

2.4木棉纤维的化学性能。

木棉纤维含有约占64％左右的纤维素，约占13%的木质素，此外还含有8.6％的水分，1.4～3.5％的灰分，4.7～9.7%的水溶性物质和2.3%～2.5%的木聚糖以及0.8%的蜡质。木棉纤维具有良好的化学性能，耐酸性好，常温下稀酸对其没有影响，并且木棉纤维耐碱性能良好，常温下NaOH对木棉没有影响［4］。 

3 木棉纤维与棉纤维的比较

3.1形态结构特征比较。

木棉纤维的外观形态，纵向呈圆柱型表面光滑；截面为圆形或椭圆形。木棉纤维的内在微观，则是细胞中充有空气，中空度高达80%～90%，细胞壁薄，接近透明，因而纤维的相对密度小，浮力好。木棉纤维长度方向呈根部钝圆、中间较粗、前梢较细，两端封闭状。当纤维细胞未破裂时，纤维截面呈气囊中空结构，而破裂后纤维截面则呈扁带状。 而棉纤维的形态结构在显微镜下观察，正常成熟的棉纤维纵向具有天然转曲，呈扁平带状，截面腰圆形，有中腔，一端封闭，一端开口，两头细中间粗的管狀物。棉纤维的横截面是由许多的同心圆组成，目前可以分出六个层次，主要有初生层、次生层和中腔三个部分。 

3.2 化学结构及密度比较。

木棉纤维中纤维素含量占64%，木质素占13%，水分占8.6%，灰分约占1.4%～3.5%，水溶性物质约占4.7%～9.7%，木聚糖约占2.3%～2.5%，蜡质占0.8%。棉纤维的成分是纤维素占94.0%，蛋白质占1.3%，果胶占1.2%，腊质占0.6%，灰分占1.2%，其他物质占1.7%，元素成分：碳（44.4%）；氢（6.2%）；氧（49.4%）。

由于木棉纤维比水轻,采用比重瓶法测量,所用已知密度的液体介质为无水乙醇。测试得到平均密度为0130 gPcm3 ，为棉的五分之一。

3.3总结。

木棉纤维是天然生态纤维中最细、最轻、中空度最高、最保暖的纤维材质。具有光洁、抗菌、防蛀、防霉、轻柔、不易缠结、不透水、不导热，生态、保暖、吸湿导湿等优良特性。所以是前景非常好的一种纤维素纤维。

4木棉纤维的应用

无与伦比的“轻柔，保暖”特性使其可以广泛应用在内衣、毛衣、T 恤、衬衫、牛仔以及被褥、床垫、床单、床罩、线毯、毛毯、浴巾、浴衣等家纺类产品中，以及救生用品的浮力材料、隔热和吸声材料。 

木棉纤维不含农药、化肥等化学残留物，是一种环保纤维。部分木棉品种呈淡黄、浅豆沙等颜色，不需要进行任何化学加工就可做成漂亮舒适的纺织品，这和天然彩棉有异曲同工之处。

5木棉纤维应用为棉纺织业打开新天地

当前，由于我国耕地资源紧缺，导致棉花短缺、大量依赖进口，使棉纺织行业深受其困扰。而以木棉、汉麻等为代表的天然木本纤维的应用，正是大显身手之时，过去由于木棉纤维细、压缩弹性差等原因，易造成填充料被压扁毡化，其柔软舒适性和保暖性随时间递减迅速，且被褥絮片因强力低而出现局部破洞，造成棉被局部变薄。最近我国科技人员研制开发出了“持久柔软保暖木棉絮片的制造技术”，利用该技术制造的木棉絮片，其强度、压缩弹性、保暖性能的持久性都可与市场上的九孔涤纶絮片相媲美，而且在柔软舒适度、透气性和绿色环保性能等方面对涤纶絮片具有绝对的优势，制造成本与涤纶絮片相当。因此在生态环保平衡发展、崇尚天然纤维的今天， 我们相信木棉纤维将为纺织行业打开新的一片天地。

参考文献

［1］中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志(第四十九卷第二分册)［M］.北京:科学出版社,1984 

［2］ 李秉让.木棉.大百科全书纺织卷［M］.北京:大百科全书出版社,1984

［3］ 肖红,于伟东,施楣梧.木棉纤维的特征与应用前景［J］.东华大学学报.2005

［4］ 王卫华.涤/木棉无纺产品定量化学分析方法的研究［J］.现代商检科技,1998 

［5］ 中华纺织信息网

碳纤维性能研究 篇4

1 实验部分

1.1 原料

尼龙-6(PA-6,1013B),日本宇部;碳纤维(T300),北京化工大学;硝酸,市售;硅烷偶联剂,市售。

1.2 设备

双螺杆挤出机(TSSJ25/40型),南京科瑞隆机电设备有限公司;注射机(JN88E型),宁波通用塑料机械制造有限公司;简支梁冲击试验机(XJJ-50型),承德大华试验机有限公司;台式微机控制电子万能试验机(CMT6000型),美国MTS公司;熔融指数仪(MFI400A型),承德金建检测仪器有限公司;扫描电镜(SEM,LTDx-650型),日本日立集团公司。

1.3 材料制备

将碳纤维放入60%HNO3中,在60~80℃下处理1~2h,然后用去离子水洗涤至pH=7,再用含硅烷偶联剂3%的乙醇溶液涂覆处理过的碳纤维,最后将碳纤维自然晾干,待用。

将PA-6和碳纤维按配方预混,再于挤出机中造粒,最后将粒料注塑成试样。

1.4 性能测试

熔融指数(MFR)按GB/T 3682—2000测试,条件:载荷2.160kg,温度230℃;弯曲模量按GB/T 9341—2000测试;拉伸强度按ASTM D638—81测试;冲击强度按GB/T 1043—1993测试;利用SEM研究PA-6/碳纤维复合材料的断面形貌。

2 结果与讨论

2.1 碳纤维对PA-6MFR的影响

碳纤维用量对PA-6 MFR的影响见图1。由图可知,PA-6的MFR随碳纤维的加入不断下降。碳纤维用量从0增加到4%(wt,质量分数,下同)时,MFR降低程度较大,为30.30%(未加碳纤维时的MFR与碳纤维用量4%时的MFR的差除以未加碳纤维时的MFR);之后,MFR降低速度变缓,碳纤维用量从4%增加到8%时,MFR仅下降了8.14%(碳纤维用量4%时的MFR与碳纤维用量8%时的MFR的差除以碳纤维用量4%时的MFR)。MFR是衡量材料加工性能好坏的重要指标,实验结果表明,碳纤维的加入会对PA-6的加工性能产生不利的影响。出现上述实验结果的原因在于:体系中碳纤维加入量较少时,PA-6和碳纤维之间会产生物理缠结点,阻碍PA-6分子间的相对移动,使PA-6的流动性降低;另外,PA-6与经过处理的碳纤维间存在比较稳定的粘结力,这也会降低PA-6分子间的相对移动能力,对PA-6的流动性产生不利影响,这两方面的综合作用使得PA-6的MFR下降幅度较大。复合材料中碳纤维的比例较大时,PA-6和碳纤维间缠结点的数目变大,对PA-6分子间相对移动的束缚作用变强,PA-6的流动性变差;另一方面,复合材料中碳纤维比例的增加将使一些碳纤维间出现团聚,影响PA-6与碳纤维间的粘结力,减弱对PA-6流动性的不利影响,综合这两方面的影响,PA-6的MFR下降幅度变缓。

2.2 碳纤维对PA-6力学性能的影响

图2为碳纤维用量对PA-6冲击强度的影响。由图可知,随着碳纤维在复合材料中所占比例的增加,复合材料的冲击强度先增加再降低。当碳纤维在复合材料中所占的比例从0增加到6%时,冲击强度增加3.87kJ/m2,增幅25.34%;之后,复合材料的冲击强度呈现出下降态势,当碳纤维的用量增加到8%时,冲击强度降低0.93kJ/m2,降幅4.86%。当体系中碳纤维所占的比例较低时,PA-6与处理过的碳纤维间有比较稳定的粘结力,复合材料受到的冲击力可以在PA-6基体树脂和碳纤维间得到较好的分散,冲击强度较高;随着体系中碳纤维所占比例的增加,碳纤维间开始出现团聚现象,PA-6与碳纤维间的粘结力减弱,复合材料分散冲击力的能力变差,冲击强度下降。

碳纤维用量对PA-6拉伸强度的影响见图3。实验结果显示,随着碳纤维在复合材料中所占比例的增加,复合材料的拉伸强度持续变大。当碳纤维在复合材料中所占的比例从0增加到8%时,拉伸强度增加22.18MPa,增幅36.75%。这是因为碳纤维自身强度极高,可以承受很大的拉伸应力,它加入到PA-6的体系中以后,借助PA-6基体的塑性及其与碳纤维间的粘结力将相当一部分拉伸应力传递给碳纤维,使碳纤维成为PA-6体系受力时的关键承载体。随着复合材料中碳纤维比例的持续变大,这种拉伸应力承载体的数目也在增多,使得PA-6体系可以承受的拉伸应力也越大。

碳纤维用量对PA-6弯曲模量的影响见图4。实验结果表明,碳纤维的加入可以显著提高PA-6的弯曲模量。当碳纤维在复合材料中所占的比例从0增加到8%时,弯曲模量持续增加707MPa,增幅43.37%。这是因为碳纤维属于高刚性材料,有很强的抵抗弯曲应力的能力,且PA-6与处理过的碳纤维间有较好的界面粘结力,随着碳纤维的加入,当体系受到弯曲载荷作用时,可以将相当一部分弯曲应力传递给碳纤维,使PA-6体系承受弯曲载荷的能力持续增强。

2.3 碳纤维对PA-6力学性能稳定性的影响

碳纤维对PA-6力学性能稳定性的影响见图5-7。实验结果显示,刚开始的一段时间内,PA-6和PA-6/碳纤维复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲模量随时间的延续下降较显著;在自然环境中放置一段时间后,PA-6和PA-6/碳纤维复合材料的力学性能随时间的延续下降速度减慢,逐渐趋于稳定。在自然环境中放置90d后,PA-6的冲击强度、拉伸强度和弯曲模量分别降低2.15kJ/m2、4.51MPa和268MPa,降幅分别为14.08%、7.47%和16.44%;PA-6/碳纤维复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲模量分别降低0.85kJ/m2、1.22MPa和113MPa,降幅分别为4.44%、1.56%和5.10%。可见,碳纤维的加入对PA-6力学性能稳定性的提升作用十分显著。这是因为处理过的碳纤维与PA-6基体间有较好的界面粘结力,它加入到PA-6基体中以后,可以增加PA-6基体结构的完整性,降低PA-6基体中的微裂纹,从而减弱外界因素如水分、氧气等对PA-6基体的渗透破坏作用,增强PA-6在自然条件下力学性能的稳定性。

2.4 水浸泡对PA-6和PA-6/碳纤维复合材料力学性能的影响

表1所示为PA-6和PA-6/碳纤维复合材料在水中浸泡后力学性能的变化情况。从表中的实验数据可知,在水中浸泡48h后,PA-6的冲击强度明显增加,增加值为2.14kJ/m2,增幅为14.01%;PA-6的拉伸强度和弯曲模量均显著下降,下降值分别为12.86MPa和278MPa,降幅分别为21.31%和17.06%。PA-6/碳纤维复合材料的冲击强度略有增加,增加值为0.79kJ/m2,增幅为4.13%;PA-6/碳纤维复合材料的拉伸强度和弯曲模量均有所降低,降低值分别为6.08MPa和122MPa,降幅分别为7.76%和5.51%。可见,水浸泡对PA-6/碳纤维复合材料力学性能产生的影响较PA-6小得多。原因在于:PA-6吸水后,水分子进入到PA-6分子间,减弱了PA-6分子间的作用力,增加了PA-6分子的活动能力,起到了增塑的作用,使得PA-6和PA-6/碳纤维复合材料的冲击强度出现了不同程度的增加,而PA-6和PA-6/碳纤维复合材料的拉伸强度和弯曲模量则出现了不同程度的降低;另外,处理过的碳纤维与PA-6基体间浸润性良好,使得复合材料内部的微裂纹明显减少,有效降低了水分子进入复合材料中的几率,减弱了对复合材料力学性能的影响。

注:部分测试试样在20℃水中浸泡48h。

2.5 PA-6/碳纤维复合材料的断面形貌

PA-6/碳纤维复合材料的断面形貌见图8。可以看出,未经处理的碳纤维与PA-6形成的复合材料断面上有大量因为碳纤维的抽出而形成的小孔。分析认为:未经处理的碳纤维表面光滑,活性差,与PA-6基体间的粘结能力低,主要借助机械物理作用达到与PA-6基体间的结合,因此当复合材料受到足够外力作用而发生断裂时,碳纤维就很容易从PA-6中被拔出。从处理过的碳纤维与PA-6形成的复合材料断面SEM照片中不难发现,绝大部分碳纤维与PA-6紧紧地粘结在一起而没有被拔脱。其原因在于:碳纤维先后经过硝酸及硅烷偶联剂处理后,它的比表面积大幅度增加,且它的表面上出现了大量极性官能团,增强了与PA-6间的界面反应能力,使得碳纤维与PA-6基体间的界面粘结作用力大幅度增加,所以复合材料发生断裂时碳纤维不易被拔脱。

[(a)未经处理的碳纤维;(b)处理过的碳纤维]

3 结论

在PA-6中加入碳纤维后,PA-6的加工性能变差;由于处理过的碳纤维与PA-6间可以形成比较稳固的粘结力,使得PA-6的韧性有所增加,拉伸性能、弯曲性能及在自然条件下力学性能的稳定性则显著提升,吸水性明显降低。

摘要：采用熔融共混法制备出了PA-6/碳纤维复合材料,研究了碳纤维对复合材料性能的影响;利用扫描电镜(SEM)分析了PA-6/碳纤维复合材料的断面形貌。结果表明:加入碳纤维后,PA-6的熔融指数降低;处理过的碳纤维与PA-6基体间界面粘结性较好,使得PA-6的冲击强度有所增加,拉伸强度、弯曲模量及力学性能的稳定性显著提升,吸水性明显降低。

关键词：PA-6,碳纤维,复合材料,性能

参考文献

[1]梁全才,邱桂学.PA6增强增韧改性研究进展[J].塑料科技,2009,37(8):80-83.

[2]邓如生,魏运方,陈步宁.聚酰胺树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社,2002,196-197.

[3]贺福.碳纤维及其应用技术[M].北京:化学工业出版社,2004,3-8.

[4]贺福,赵建国,王润娥.回顾与展望我国的碳纤维工业[J].化工进展,2000,19(5):12-17.

[5]周传雷,艾辉,闫永君.碳纤维产业现状及发展前景[J].化学工程师,2010(8):42-43.

钢纤维混凝土弯曲疲劳性能研究 篇5

钢纤维混凝土弯曲疲劳性能研究

将钢纤维掺入普通混凝土可以大幅度提高混凝土的抗弯曲疲劳等路用性能,并通过试验建立了钢纤维混凝土的.疲劳方程.结果表明,钢纤维不但能使混凝土的强度提高,更主要的是能够显著改善混凝土的韧性,在大应力作用下成倍地提高混凝土的弯曲疲劳寿命.

作 者：张皓 作者单位：河北省交通规划设计院刊 名：黑龙江交通科技英文刊名：COMMUNICATIONS SCIENCE AND TECHNOLOGY HEILONGJIANG年，卷(期)：32(5)分类号：U214关键词：混凝土 钢纤维 强度 弯曲疲劳特性

碳纤维性能研究 篇6

【关键词】正交试验；水灰比；体积掺量；长径比

（3）从实验结果可以看出，随着玄武岩纤维体积率的增加，混凝土初裂次数、终裂次数、初裂后破坏冲击能与全过程破坏能少，且掺入超细粉，基本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。

2.3力学性能。

由于混凝土是一种非均质材料，强度受诸多因素的影响，水灰比是影响混凝土强度的主要因素，对于普通混凝土，随着水灰比的降低，混凝土的抗压强度增大，高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量。在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。

2.4体积稳定性。

与普通混凝土相比，高性能混凝土具有高体积稳定性，硬化早期水化热程度很高。

2.5经济性。

高性能混凝土较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益； 高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；HPC 良好的工作性可以减少工人工作强度，加快施工速度，减少成本。

3. 高性能混凝土技术的应用

3.1在道路工程中的应用。

与传统混凝土相比，高性能混凝土具有良好的稳定性与耐久性，因而在人们的生产生活中得到了广泛的应用。将高性能混凝土技术应用于道路工程中，不仅能够合理地缩减道路地面的厚度，有效延长道路的使用寿命。此外，高性能混凝土具有良好的透水性能，可以有效缓解道路热岛效应的发生。随着现代化城市进程的不断推进，道路覆盖率也逐年增加，加快了整个城市的建设。在城市不断建设的过程中，其道路建设的水平及质量至关重要。将高性能混凝土技术应用在道路工程中，既能适应我国高速发展的交通行业，又能满足现代化、城市化建设的需要，因此值得大力推广。

3.2在桥梁工程中的应用。

（1）桥梁工程中，大跨度桥梁的自重往往占总荷载的大部分。将高性能混凝技术应用于桥梁工程中，可以合理降低桥梁的自重和截面高度，使桥梁工程的耐久度得到提高。同时，由于高性能混凝土具有较高的早期强度，因而可以加快桥梁工程的整体施工进度。

（2）与传统的混凝土相比，高性能混凝土具有较好的强度、耐久度以及抗拉力，使得高性能混凝土铸造的桥梁无论是在使用寿命还是整体性能上都有了很大的提升。当前，高性能混凝土技术还被应用于海岸与河堤的加固工程中。将高性能混凝土应用于堤防的筑造，可以有效避免海岸塌陷等问题。高性能混凝土的耐久性，使得海岸线得到了合理的开拓，大部分沿海城市的面积相应地得到了增加，各类水生生物的适应性也得到了满足，海洋中丰富多样的资源得到了切实的保护。

参考文献

[1]王人和. 高性能混凝土矿物掺合料及其性能研究[D].武汉理工大学，2012.

碳纤维性能研究 篇7

在普通混凝土中添加一定含量的导电组分材料配置成导电混凝土, 使其即具有结构材料的特点, 又具有导电性和机敏特征, 成为具有自感知、自适应、自修复的功能材料, 可用于重大土木工程基础设施的内部应力、健康自诊和监测等方面。目前, 用于制作导电混凝土导电组分的材料有很多, 如:金属材料 (铜、铝、锌、铁屑、合金、钢渣等) , 非金属材料 (非晶碳、石墨、焦炭等) 。而在众多的材料中, 碳纤维最适用于作导电混凝土的导电材料[1]。碳纤维混凝土具有良好的压敏性、温敏性和磁敏性, 已广泛应用于防护工事, 防止核爆炸电磁杀伤、工程监测等领域[2]。但碳纤维材料价格昂贵, 限制了工程中的大量应用, 且掺量过多会导致混凝土的强度降低[3]。针对该特点, 本文提出降低碳纤维用量掺加价格相对低廉的钢渣, 降低材料成本, 对碳纤维钢渣相导电混凝土的强度和导电性能进行研究分析, 以提高导电混凝土的强度, 改善导电性能等。

1 试验概况

1.1 试件材料与制作

试验选用PAN基高强碳纤维, 其主要性能指标见表1, 短切处理后的长度为5～10 mm。

普通硅酸盐水泥42.5级, 粒径为6～10 mm河卵石粗骨料, 河砂。

风淬钢渣经冲洗、烘干, 主要性能见表2 。

有关研究表明, 碳纤维混凝土中碳纤维含量在0.6%～0.8% (体积比) 范围内, 随碳纤维的含量的增加强度增大最明显[4];碳纤维混凝土中碳纤维含量在0.5%～0.8% (体积比) 范围内, 电阻率变化最为明显[1]。据此本试验将试件分为两组:碳纤维含量为0.6%的混凝土 (CF0.6) 和碳纤维含量为0.8%的混凝土 (CF0.8) 。

试件制作时先将分散剂甲基纤维素放入已装有一定量水的容器中, 充分搅拌溶解;然后加入量好的碳纤维并搅拌均匀;将水泥与钢渣按质量比例混合, 再与砂石拌合均匀, 然后将容器内的碳纤维溶液徐徐加入并不断搅拌, 待混合物成均匀浆状后注入到内壁涂有少许油的模具捣实制成150 mm×150 mm×300 mm棱柱体试件, 24h后脱模并在标准条件下养护28 d。

1.2 试验方法及结果

考虑铜箔导电性能较好, 本试验电极用铜箔制成。电阻测量电路采用直流电路, 由公式R=U/I, ρ=RA/L计算电阻率ρ, 式中:R为电阻;U为测量电压;I为测量电流;ρ为试件电阻率;A为试件的横截面面积;L为试件的长度。采用NYL—500型液压试验机测定试件的棱柱体抗压强度。试验结果如表3。

2 试验结果分析

2.1 碳纤维钢渣混凝土抗压强度

从表3中可以看出, 钢渣掺量对碳纤维含量一定的混凝土抗压强度有明显影响。当钢渣掺量较小时, 混凝土抗压强度随钢渣掺量的增加而增大, 当钢渣掺量超过一定量后, 抗压强度随钢渣掺量的增加而减小。如图1所示, 对碳纤维含量为0.6%的混凝土 (CF0.6) 和碳纤维含量为0.8%的混凝土 (CF0.8) 两种试件, 当渣灰比大于1.0后, 其强度均开始随钢渣掺量的增加而下降, 其下降幅度碳纤维含量为0.8%的混凝土明显大于碳纤维含量为0.6%的混凝土。

分析原因认为, 钢渣中的氧化物颗粒具有较大的比表面积及反应活性, 能有效改善混凝土内部空间结构, 增强截面粘结力, 从而提高混凝土的强度。而钢渣掺量大于水泥质量时 (渣灰比大于1.0) , 水泥浆体将不足于填充碳纤维、钢渣、砂石等集料的空隙, 内部材料密实度下降, 从而强度随钢渣的掺量增加而降低。

2.2 碳纤维钢渣混凝土导电性能分析

表3列出了不同钢渣掺量碳纤维混凝土导电率的影响。从图3可以看出, 两种不同碳纤维含量的混凝土中, 随着钢渣掺量的增加, 电阻率不断减小。钢渣掺量在0.4～0.8 (渣灰比) 之间时, 下将幅度最大, 而碳纤维含量为0.6%的混凝土电阻率下降的幅度更大, 当渣灰比大于1.2时, 两者电阻率下降趋势均变的平缓, 当两种不同碳纤维混凝土中所掺加的钢渣达到渣灰比1.5后, 两者的电阻率基本趋于相近。

分析试验结果认为, 碳纤维混凝土中, 当碳纤维含量较多时混凝土内易形成导电网络, 含量越多形成的导电网络越密集, 混凝土的导电能力越强。当碳纤维含量较少时, 形成的导电网络稀疏, 混凝土中阻碍电子传导的壁垒效应较大, 加入钢渣后, 钢渣具有导电性, 削弱了这种壁垒效应。

总之, 碳纤维钢渣复相导电混凝土之所以能够降低碳纤维的用量而不影响其导电性能的主要原因就是, 除了碳纤维本身形成导电网络之外, 没有直接形成导电网络的纤维连通了钢渣间的导电相, 削弱了其壁垒效应。钢渣的掺入可有效降低碳纤维的使用量而不影响导电能力, 从而降低了材料成本。

3 结论

对碳纤维含量为0.6%的混凝土 (CF0.6) 和碳纤维含量为0.8%的混凝土 (CF0.8) , 掺加少量钢渣后, 当渣灰比小于1.0时, 两者抗压强度均随着钢渣掺量的增加而增强, 且增加幅度均比较大;当渣灰比大于1.0后, 两者抗压强度均随钢渣掺量的增加而降低, 下降幅度碳纤维含量为0.8%的混凝土明显大于碳纤维含量为0.6%的混凝土;当渣灰比大于2.5时, CF0.6的混凝土抗压强度反大于CF0.8混凝土的抗压强度。

两种不同碳纤维含量的混凝土 (CF0.6和CF0.8) 中, 随着钢渣掺量的增加, 电阻率不断减小, 钢渣掺量在0.4～0.8 (渣灰比) 之间, 下将幅度均较大, 而CF0.6混凝土电阻率下降的幅度更大, 当渣灰比大于1.2时, 两者电阻率下降趋势均变的平缓, 当渣灰比至1.5时, 两者的电阻率趋于相等。

减少碳纤维的含量会使纤维间不能直接形成导电网络, 但加入钢渣后, 纤维连通了钢渣间的导电相, 削弱了钢渣导电相间的壁垒效应, 使导电性能得到提高并有效减少碳纤维的使用量, 降低导电混凝土生产成本。

参考文献

[1]李树丞, 郦伟, 邓寿昌, 等.导电混凝土材料电阻系数的研究和分析.湘潭大学自然科学学报, 2003;25 (9) :108—113

[2]陈丽红, 孟宏睿.碳纤维在混凝土中的应用.混凝土, 2006; (4) :33—36

[3]Yehis S.Tuan C Y, Ferdon D, et al.Conductive concrete overlay for bridge deicing:mixture proportioning optimization and properties.ACI Materials Journal, 2000;97 (2) :172—181

碳纤维性能研究 篇8

随着我国经济的不断发展,我国的港口工程建设也进入了一个高速发展阶段[1]。然而,由于各种物理、化学作用,建筑结构长期满负荷载工作以及各种不当使用情况,均可导致出现不同程度的损坏。为保证这些水工建筑物的长期安全使用,必须对一些损坏较为严重的结构进行补强加固[2,3]。目前,国内外使用最广泛的结构加固方法包括粘贴钢板法、粘贴碳纤维法、增大截面法、体外预应力加固法,以及替换构件加固法等。其中,最为粘贴碳纤维法的主要材料,碳纤维具有强度高、耐腐蚀性好、耐老化、物理力学性能稳定等优点,其抗拉强度约为普通钢材的几倍至十几倍,是一种新兴的混凝土结构加固材料[4]。采用碳纤维材料加固混凝土结构,是利用树脂胶将碳纤维片材粘贴在混凝土构件的表面,与原有构件中的钢筋和混凝土材料协同工作,让碳纤维代替钢筋承担受拉的功能,以达到增强构件承载能力和使用性能的目的。

2 碳纤维国内外应用及研究概况

20世纪80年代,日本、美国等发达国家最先开展碳纤维材料用于混凝土结构修补加固的研究工作。从80年代末至今,国内外众多的高校、科研院所和材料生产厂家进行了碳纤维材料修复加固混凝土结构的技术和工艺开发,并在此基础上形成了各个国家的行业标准及规范。

碳纤维材料用于混凝土结构的补强加固在我国研究与应用起步较晚,但发展很快。目前,国内一些高校院所、科研单位、设计单位开始投入大量的资金和人力进行这方面的研究开发,在碳纤维材料补强加固特别是在桥梁工程和工业民用建筑加固方面取得了一批试验数据和研究成果,并在一些加固工程中取得了较为成功的结果。但从总体上来说,碳纤维加固技术所处的水平仍较低,研究项目大都为基本力学性能的重复研究,常用构件尚缺乏实用的加固设计方法。

3 碳纤维加固混凝土结构的技术特点

碳纤维材料重量极轻,与其他建筑材料相比几乎可以忽略不计。作为一种新型材料,其抗腐蚀老化性能非常优越,在不受损伤的情况下其物理和力学性能稳定。碳纤维材料的抗拉强度远大于普通钢材,而其弹性模量又与钢材大体相当,在粘结剂充分发挥作用的前提下,可保证与被加固构件原有钢筋的协调变形,非常适用于加固钢筋混凝土构件。总体来说,碳纤维材料用于混凝土结构加固具有以下技术特点:

3.1 施工工艺简易

采用碳纤维材料修复加固港工混凝土结构,首先要将修补部位的混凝土表面打磨整平,配置找平材料并对不平整处进行处理,清除浮灰后涂抹环氧树脂粘结剂,然后粘贴碳纤维片材,最后再涂刷一层环氧树脂用于表面防护。在环氧树脂自然固化后即可完成施工。粘贴碳纤维加固构件不需要大型的施工机械,也不需要模板、锚具等材料,施工作业简便迅速。

3.2 不增加额外自重

碳纤维材料的重量很轻,据调查,市场上常用碳纤维片材的重量约为200~300g/m2。另外,环氧树脂胶的重量也很轻。因此,对于被加固构件而言,碳纤维材料的自重很轻,可以忽略不计,构件不许承担额外荷载。

3.3 耐久性能好

即使在恶劣的自然环境下,碳纤维材料和环氧树脂的化学性能稳定,对于酸、碱和盐类的侵蚀具有良好的防护性能。碳纤维材料在重复荷载作用下的抗疲劳性能也优于钢筋和混凝土,在-540C~820C温度环境条件下使用强度不降低,可长期经受紫外线照射。

3.4 适用范围广

碳纤维是一种柔性材料,可以裁剪成所需形状,因此碳纤维材料能够广泛地应用于各种形状的港工混凝土结构中,例如混凝土管桩这样的环形截面构件。

4 碳纤维加固梁受力特性

碳纤维强度发挥效率主要取决于胶粘剂性能、卸荷效果,施工质量对材料强度的发挥也有着重要的作用。

粘贴碳纤维加固梁在纵筋屈服前,截面应变基本符合平截面假定,屈服后,平截面假定误差较大。粘贴于混凝土表面的碳纤维由于粘结剂的作用,可以有效地参与原有混凝土和钢筋共同受力,显著降低了混凝土及钢筋的应力水平。碳纤维的存在可以延缓混凝土裂缝出现的时间和开展速度,提高梁体的适用性和耐久性。碳纤维在裂缝发展的初期能有效延缓裂缝的开展,在构件充分卸荷的前提下,可以有效闭合原有构件的裂缝,并抑制新裂缝的产生。

随着构件承受荷载的增大,特别是在混凝土开裂后,碳纤维会出现剥离破坏现象,导致碳纤维加固补强的效果不容易进一步发挥。在钢筋屈服后,荷载主要由碳纤维承担,但其强度一般只能发挥60%左右,因此在加固设计时应适当考虑增大碳纤维的使用量。

在碳纤维加固梁承载力计算方面,许多研究基于混凝土强度、配筋率、钢筋抗拉强度、CFRP抗拉强度、材料使用量、施工质量等各种因素,并考虑碳纤维两阶段受力的特点,提出了各种类型的加固梁承载力计算方法和公式,对实际工程有一定的指导价值。

此外,采用碳纤维加固的构件节点,其承载力和刚度显著提高,破坏形式明显趋于塑性发展。有研究表明,根据对加卸载过程中的荷载-挠度测量结果,加固后节点滞回环的形状更加丰满,耗能能力提高,加固后构件的抗震性能得到了明显改善。

5 结论

碳纤维较高的抗拉强度是其可以成为加固材料的重要原因。与钢筋相比,碳纤维加固施工工艺简单,可操作性好;在加固时不会给结构造成新的自重荷载,不需要大型设备,可以完全人工操作;加固后的构件具有良好的承载性能,且不需要对其进行防腐蚀处理,节省了大量工序和成本,是一种理想的加固材料。

参考文献

[1]李贵炳,张爱晖,金伟良.持载下外贴纤维布加固RC梁抗弯性能研究[J].浙江大学学报(工学版),2005,39(1):70-75.

[2]刘建起,王敬莎,丁乃庆.碳纤维加固预应力梁抗弯承载力试验研究[J].土木工程学报,2005,38(11):9-13.

[3]谢剑,赵彤,王亨.碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯承载力设计方法的研究[J].建筑技术,2002,33(6):411-413.

碳纤维性能研究 篇9

1 原材料与试验方案

1.1 原材料

本研究采用湖南宝利沥青公司的SBS改性沥青, 主要技术性能指标见表1, 符合《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F 40—2004) [8]聚合物改性沥青I-D的技术要求。采用石灰石矿粉作填料, 其各项性能指标均符合规范要求。采用山东青岛天源达LG-150-96高碳鳞片石墨, 主要性能指标见表2。采用南京纬达的9mm短切PAN基碳纤维, 主要性能指标见表3。

1.2 试验方案

首先固定粉胶比0.8和碳纤维掺量0.2%, 分别制备石墨掺量为0%、10%、20%、30%和40%的石墨碳纤维沥青胶浆;然后固定粉胶比0.8和石墨掺量20%, 分别制备碳纤维掺量0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的石墨碳纤维沥青胶浆, 其中碳纤维为沥青胶浆质量百分比, 石墨为改性沥青体积百分比。

对10种不同掺配的石墨碳纤维沥青胶浆分别进行软化点试验、动态剪切流变试验、延度试验、弯曲蠕变劲度试验以及Brookfield旋转粘度试验, 分析石墨和碳纤维掺量对沥青胶浆路用性能的影响。

2 石墨和碳纤维掺量对沥青胶浆高温性能的影响

2.1 软化点试验

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTG E 20—2011) [9]规定的方法对十种不同掺配的石墨碳纤维沥青胶浆进行软化点试验, 试验结果如图1、图2所示。

从图1可以看出:随着石墨掺量的增加, 石墨碳纤维沥青胶浆的软化点一直呈增大趋势, 并且随着石墨掺量的增加提高的幅度逐渐增大, 其变化曲线近似开口向上的二次抛物线, 相关系数达到0.997。

从图2可以看出:随着碳纤维掺量的增加, 石墨碳纤维沥青胶浆的软化点一直呈增大趋势, 并且随着碳纤维掺量的增加提高的幅度逐渐变小, 其变化曲线近似开口向下的二次抛物线, 相关系数达到0.990。

2.2 动态剪切流变试验

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTG E 20—2011) [9]规定的方法对十种不同掺配的石墨碳纤维沥青胶浆进行动态剪切流变试验, 采用70℃时的抗车辙因子G*/sinδ来评价沥青材料抗高温变形能力, 试验结果如图3、图4所示。其中掺40%石墨碳纤维沥青胶浆的G*/sinδ超出了仪器测量范围, 无法进行测定。

从图3可以看出:掺了0.2%的碳纤维沥青胶浆的G*/sinδ达到了16.9kPa, 在掺入10%的石墨后快速降到了10kPa, 这是因为石墨是一种良好的润滑剂, 层间具有典型的分子相互作用, 作用力极小, 层间易滑动, 因此降低了沥青胶浆的抗剪切变形能力。随着石墨掺量的继续增加, 石墨碳纤维沥青胶浆的G*/sinδ一直呈增大趋势, 但是仍然没有达到达到16.9kPa。这是因为石墨对沥青的吸附作用使沥青胶浆更稠硬, 从而一定程度上提高了其抗剪切变形能力。

从图4可以看出:随着碳纤维掺量的增加, 石墨碳纤维沥青胶浆的G*/sinδ一直呈增大趋势, 其变化曲线近似开口向上的二次抛物线, 相关系数达到0.988。这是因为碳纤维不仅对沥青有吸附作用, 而且具有加筋增强作用, 从而提高了石墨碳纤维沥青胶浆的抗高温变形能力。

3 石墨和碳纤维掺量对沥青胶浆低温性能的影响

3.1 延度试验

从图5可以看出:随着石墨掺量的增加, 石墨碳纤维沥青胶浆的延度一直呈减小的趋势, 其变化曲线近似开口向上的二次抛物线, 相关系数达到0.988。说明随着石墨的加入, 沥青胶浆塑性变形能力降低, 并且随着石墨掺量的增加下降幅度减慢。

从图6可以看出:随着碳纤维掺量的增加, 石墨碳纤维沥青胶浆的延度一直呈减小的趋势, 其变化曲线也近似开口向上的二次抛物线, 相关系数达到0.996。说明随着碳纤维的加入, 沥青胶浆的塑性变形能力也会降低, 并且随着碳纤维掺量的增加下降幅度减慢。

3.2 弯曲蠕变劲度试验

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTG E 20—2011) [9]规定的方法对十种不同掺配的石墨碳纤维沥青胶浆进行沥青弯曲蠕变性质试验, 采用-10℃时沥青胶浆弯曲劲度模量和m值评价沥青低温抗裂性能, 试验结果如图7、图8、图9和图10所示。

从图7可以看出:随着石墨掺量的增加, 石墨碳纤维沥青胶浆的弯曲劲度模量一直呈增大趋势, 其变化曲线近似开口向下的二次抛物线, 相关系数达到0.998。说明随着石墨掺量的增加, 石墨碳纤维沥青胶浆变得更脆更硬, 低温抗裂性能下降。

从图8可以看出:随着碳纤维掺量的增加, 石墨碳纤维沥青胶浆的弯曲劲度模量呈增大趋势, 但是在碳纤维掺量达到0.2%后, 石墨碳纤维沥青胶浆的弯曲劲度模量变化趋于平缓。说明碳纤维掺量小于0.2%时, 石墨碳纤维沥青胶浆的低温抗裂性能随碳纤维掺量的增加呈下降趋势, 而在碳纤维掺量大于0.2%以后, 石墨碳纤维沥青胶浆的低温抗裂性能变化较小。

从图9可以看出:石墨碳纤维沥青胶浆的m值随石墨掺量的增加呈先增大后减小的趋势, 在石墨掺量20%时达到最大值。说明石墨掺量小于20%时, 石墨碳纤维沥青胶浆的应力松弛能力随石墨掺量的增加呈增大趋势;而在石墨掺量大于20%以后, 石墨碳纤维沥青胶浆的应力松弛能力逐渐下降。

从图10可以看出:石墨碳纤维沥青胶浆的m值随碳纤维掺量的增加呈开口向下的二次抛物线变化, 相关系数达到0.936, 在碳纤维掺量0.2%时达到最大值。说明在碳纤维掺量在0%~0.2%之间时, 石墨碳纤维沥青胶浆的应力松弛能力呈增大趋势, 而在碳纤维掺量大于0.2%以后, 石墨碳纤维沥青胶浆的应力松弛逐渐下降。

4 石墨和碳纤维掺量对沥青胶浆施工和易性的影响

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTG E 20—2011) [9]中T 0625规定的方法对十种不同掺配的石墨碳纤维沥青胶浆进行布氏旋转粘度试验, 测量影响前后沥青胶浆试样在温度175℃、转子型号21号以及转子速率为20r/min下的粘度, 试验结果见表4、表5。

注:表中##代表由于扭矩百分比超出了仪器测量范围, 无法进行粘度测量。

从表4可以看出:掺了0.2%的碳纤维沥青胶浆的旋转粘度为0.714Pa·S, 在掺入10%的石墨后急剧增加到了3.61Pa·S, 说明石墨的加入使得沥青胶浆变得更加稠硬, 施工和易性下降。但当石墨掺量继续增加时, 石墨碳纤维沥青胶浆的旋转粘度增大幅度减小, 当石墨掺量增加到30%时, 扭矩百分比超出了仪器测量范围, 已无法进行粘度测量。

从表5可以看出:随着碳纤维掺量的增加, 石墨碳纤维沥青胶浆的旋转粘度呈增大趋势, 施工和易性下降。但由于掺量非常小, 使得克服的扭矩增加比较小, 所以布氏黏度增加幅度较小。当碳纤维掺量增加到0.3%时, 扭矩百分比超出了仪器测量范围, 已无法进行粘度测量。

4 结论

a.石墨的加入降低了石墨碳纤维沥青胶浆的抗高温变形能力和低温抗裂性, 并且显著降低了石墨碳纤维沥青胶浆的施工和易性。

b.碳纤维的加入可以提高石墨碳纤维沥青胶浆的抗高温变形能力, 但是降低了石墨碳纤维沥青胶浆的低温抗裂性和施工和易性。

参考文献

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碳纤维性能研究 篇10

水泥基导电材料就是通过在高电阻率的水泥材料中加入一定的导电组分形成的具有导电性能的材料[1,2],可在道路融雪化冰、防雷接地等[3]工程中应用。石墨水泥基导电材料中石墨对材料电导率提高有限,并且石墨掺量过高会使材料极易开裂。为改善其电学性能,克服易开裂的缺点,考虑掺入低电阻率、具有阻裂功能的短切碳纤维材料[4,5],形成碳纤维-石墨水泥基复合导电材料[6]。

本文通过试验,研究了环境温度、碳纤维长度以及组合长度等因素对水泥基材料导电性能的影响。

1 试验过程

1.1 试验用原材料及性能

试验用原材料包括市售工业用粉末石墨、32.5级普通硅酸盐水泥、自来水、短切碳纤维和薄镀锌铁皮等。

短切碳纤维具有极佳的工艺性能、机械性能、力学性能、导电性能及与树脂的相容性能,被广泛用于民用、军事、建筑、化工、航天等领域。短切碳纤维是由高强高弹性模量的碳纤维长丝经纤维切断机切成1~80mm,可与其它材料经特殊工艺复合后制备碳复合材料、摩擦材料以及其它功能性材料,如工程塑料、陶瓷基材料和金属材料等,是改性功能材料的基础材料,其主要性能指标见表1。目前,短切碳纤维主要作为热塑性(或热固性)树脂的增强、导电、耐磨材料使用。

PAN基短切碳纤维性能优异,具有完全无胶、相容性好、分散性好、电阻率小、导电性好、添加量小等优点。用于水泥基材料可提高制品的强度和弹性模量,使制品具有良好的导电性和电磁波屏蔽性,且可提高导热率,并具有热膨胀系数小,尺寸稳定性高等特点。同时还可提高制品的耐疲劳性、耐磨耗性和润滑性等。

1.2 试验器材

标准恒温恒湿养护箱,用于对试件进行标准养护。

DW-40低温试验箱,用于材料在低温条件下的电阻率测试。

行星式水泥胶砂搅拌机,用于搅拌水泥砂浆。

VC97数显万用表,用于电阻测量。

电子称及量筒,用于试验材料的称量。

40mm×40mm×160mm水泥胶砂三联试模,用于试件成型。

HG-1型集成稳压直流电源、伏安表和电流表,用于试件的电阻测量。

1.3 试件的制备与养护

为了考察碳纤维掺量、纤维长度、不同长度混合掺入、石墨掺入及环境温度等因素对材料电学性能的影响,设计了不同材料掺量组合的配合比,见表2。每个配合比浇筑3个试件,为便于下文分析,将1~6组划为第1批,8~13组划为第2批,14~25组划为第3组,26~31组划为第4批,其余组划为第5批。

采用行星式水泥胶砂搅拌机搅拌,预先用潮湿的布擦拭搅拌锅和搅拌叶。按水泥、石墨粉、纤维材料的投放顺序倒入搅拌锅中,开机搅拌,在10s内加入计量好的占总量2/3的拌合用水,搅拌60s,然后停机,将粘连在搅拌叶上的原料刮掉,并将搅拌锅底部与锅粘连的材料刮起,开机继续搅拌240s后取出搅拌锅,将锅内材料拌匀,成型试件。将成型后的试件进行编号,并放入温度20℃、相对湿度90%的恒温恒湿养护箱中进行养护,养护24d±2h拆模,再进行自然养护。

1.4 试件性能测试

试件中预埋镀锌铁皮电极,1d龄期时采用万用表对试件进行测试,发现读数逐渐增加,增速先快后慢,3min后仍未达到稳定。采用直流电源测试,读数一般在30s~1min之间达到稳定。在碳纤维掺量≤4.5g时,毫安表读数逐渐变小直至稳定;而碳纤维掺量≥6g时,毫安表读数逐渐变大或先变小后变大直至读数稳定。据此确定,本试验电阻率测试采用伏安法,即使用12V直流电源对试件进行测试,并考察使用12V电源与使用24V电源对测试结果的影响。

为了考察环境温度对材料电阻率的影响,进行了-10℃、-20℃和-30℃条件下的电阻率测试。先将要进行试验的试件放入低温试验箱,并将温度设置为-10℃,3h后进行试件电阻率的测试。测试完毕后,再将温度设置为-20℃,3h后再进行试件电阻率的测试,然后用同样方法进行-30℃环境下试件的电阻率测试。

注:表中组合掺入为3mm、6mm、9mm、15mm和20mm碳纤维等质量分数掺入。

2 数据分析

2.1 环境温度对电阻率的影响

为考察环境温度对材料电阻率的影响,分别在21d龄期和28d龄期对第3批和第4批试件进行了负温环境下的电阻率测试,试验结果见表3。

从表3可以发现,随着环境温度的降低,21d龄期和28d龄期测试所得材料电阻率均呈现上升趋势。这是因为低温条件下材料活性低,除了保持已有的碳纤维搭接导电网络外,因电子跃迁而形成的导电网络会随着温度低降低而逐渐减少,宏观表现为测试所得的电阻率升高。

Ω·cm

同时,对应表2可以发现,在每个碳纤维掺量组中,低碳纤维掺量试件的电阻率较高碳纤维掺量的试件受环境温度的影响大。这是因为高碳纤维掺量的试件内部由于纤维搭接形成的导电网络较密集,因电子跃迁形成的导电网络对材料电导的贡献相对较小,而电子跃迁形成的导电网络受温度影响很大,电子在低温条件下活性很低,难以具备足够的能量形成跃迁。所以,低碳纤维掺量试件电阻率受温度影响大,而高碳纤维掺量试件电阻率受温度影响较小。

2.2 碳纤维长度对电阻率的影响

为了考察碳纤维长度对材料电阻率的影响,选取碳纤维掺量为1.5%、3.0%和4.5%进行了对比分析,短切碳纤维长度有3mm、6mm、9mm、15mm、和20mm几种规格,试件电阻率测试结果见图1、图2和图3。

由图可见,掺入20mm碳纤维的试件导电性能最好,而掺入3mm碳纤维的试件导电性能极差。在碳纤维掺量为1.5%时,不同长度碳纤维掺入的试件电阻率相差较大,而当碳纤维掺量为4.5%时,除3mm外的其它长度碳纤维掺入后,试件的电阻率相差不是很大,在各个龄期里基本都维持在同一数量级内。

2.3 碳纤维长度组合掺入对电阻率的影响

碳纤维长度组合掺入就是选取碳纤维长度分别为3mm、6mm、9mm、15mm和20mm共同按总掺量掺入,未考虑级配。

为考察碳纤维长度组合掺入对材料电阻率的影响,将第2~4组试件、14~25组试件与长度组合掺入的26~28组试件测试结果进行比较,测试结果见表4。

从表4可以看出,在不同碳纤维掺量情况下,碳纤维长度组合掺入试件的电阻率都较低。选取具有典型意义的28d龄期测试结果绘制成图4。由图4可以清楚看到,在碳纤维掺量为1.5%、3.0%和4.5%时,碳纤维组合掺入组的电阻率最低,组合掺入的试件中,导电相形成了一个良好的级配,内部导电相得到了良好的沟通,可以形成一个相对丰富的导电网络,利于材料导电,所以,表现出宏观的较低电阻率。

3 结语

试验结果表明,环境温度降低所测的试件电阻率较高,且这现象在低碳纤维掺量时更为显著;单一碳纤维长度掺入时,碳纤维长度越长,试件的电阻率越低,当碳纤维掺量达到4.5%时,这一规律表现得不明显,除3mm外的其它长度碳纤维掺入后,试件的电阻率在各个龄期内基本维持在同一数量级;碳纤维长度组合掺入时,相当于形成梯级长度,有利于试件中导电网络的形成和丰富,试件的导电性能要好于单一纤维长度掺入的试件;随着碳纤维掺量的提高,试件的电阻率呈下降趋势,且在长龄期时表现得更为明显。

参考文献

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[2]张晏清.导静电水泥砂浆的制备与性能研究[J].混凝土与水泥制品,2008(3):14-16.

[3]侯作富,李卓球,王建军.碳纤维导电混凝土融雪化冰的实验研究[J].混凝土与水泥制品,2004(5):42-44.

[4]杨久俊,海然,张海涛,等.碳纤维梯度分布对水泥基材料热,电性能的影响[J].混凝土与水泥制品,2004(4):30-33.

[5]关新春,韩宝国.碳纤维在水泥浆体中的分散性研究[J].混凝土与水泥制品,2002(2):34-36.

碳纤维性能研究 篇11

时尚发展也需纤维推动

我国纺织服装产业拥有悠久的历史和丰厚的底蕴，作为世界纺织服装大国，整个行业一直以来都同时尚息息相关。而时尚，亦是多元的，在很多人心里，可以理解来自家纺、服装等处于纺织服装产业链终端的时尚，但是却无法想象来自产业链上游的时尚，诸如纤维。

作为中国时装设计“金顶奖”获得者，当代中国著名服装设计师武学凯在纤维的时尚理念上，就已经走出了超前的一步。他认为，实现纺织服装强国梦想，纤维的创新、材料的创新是真正的幕后推手，跨界融合的意义在于把科技的力量、时尚的力量和传播的力量结合在一起。

也正是因为其对纤维时尚的认知，自2014年起，武学凯连续两年参与到“中国纤维流行趋势”创意时尚汇活动当中，把五彩斑斓的纤维用时尚感十足的形态展现在行业和世人的面前，为业界带来了一场以中国纤维为主体的感官享受。

“把科技、设计，通过展示和媒体的传播放在一起，整合了整个产业资源来推动中国纤维事业的发展，这不仅体现了协同创新以及交互创新的新理念和诉求，也体现了跨界的思想。可以说，设计助纤维更具竞争力。”武学凯这样表示道。

同样身处设计圈的东华大学服装学院纺织品艺术设计专业主任沈沉，专注于服装和家纺纺织品流行趋势与艺术设计已有近三十年。在他看来，实现美丽中国的梦想就需要中国创造。而在这个过程中，创意必不可少。创意可以理解为创造性意念，也可以被当作创造性思维活动与创造性活动过程来解释。

“我认为，纺织品艺术设计中的创意，首先是“创异”，创造不同，不同意味着价值。纺织品艺术设计应该鼓励差异化，追求多元化。其次是创一，创造第一、唯一，要处于一马当先的领先地位。再次是“创益”，创造公益、效益和利益，创造出社会效益和可持续发展经济利益。最后是“创义”，我们的设计应该可以使人有信仰，能为社会和人类作出贡献。”沈沉说。

中国纤维也需要时尚，需要创意，中国纤维企业更需要在现如今的新常态下去寻找时尚出路。在法国时尚商业协会联合主席Marie Laure Souweine看来，中国纤维企业完全可以在欧洲落地生根发展，因为欧洲时尚品牌对中国纤维、面料和服装公司都是开放的。

“从目前情况来看，中国品牌缺乏连贯性和品牌身份识别投入，在设计和品牌战略、创新和促销系列、品牌增值等方面欠缺的比较多。在法国纺织服装行业内，聚集着很多对时尚、服装充满热情的专家。我们希望可以帮助中国纤维企业，提高他们的创造性和活力，持久地改善其表现力和竞争力。也期待着中国的纤维企业可以借助各方的力量在时尚跨界方面表现得更好。”Marie Laure Souweine表达着自己对中国和纤维企业的期望。

主题2

高性能纤维迎来发展良机

同美国、日本等高性能纤维强国相比，不难发现，我国高性能纤维行业起步较晚，一定程度上还有差距。但是也应该看到，虽然起步较晚，但在“十二五”期间也取得了长足进步。

据中国科学院化学研究所研究员徐坚介绍，以聚丙烯腈基碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维为代表的高性能纤维是高性能复合材料的重要基础材料。在近十年的时间内，这几大纤维工程在广大科研工作者、高校和企业的携手攻关下迅速发展，三大高性能纤维行业已经形成，而且产品的应用方面也更为广泛。

作为总后勤部军需装备研究所的高级工程师，周宏同时还兼任“十二五”国家重点科技专项（高性能纤维及复合材料专项）专家组专家。

“近十年来，国产有机高性能纤维技术有了长足的发展与进步。其中，国产对位芳纶纤维、聚酰亚胺纤维技术等，都取得了突破性的进展并具有一定的代表性，这些纤维都已经实现了产业化生产，并且在军民用装备制造中得到了应用。与此同时，国产PBO纤维和聚芳酯纤维也实现了工程化技术突破，正在进行产业化建设准备。此外，M5纤维和聚醚醚酮纤维的小试技术也取得了预期成果。”周宏表示。

“十二五”已经进入尾声，属于“十三五”的新篇章即将要翻开。高性能纤维和复合材料作为《中国制造2025》中十大重点领域之新材料领域的重要组成部分，也将在“十三五”时期迎来新一轮的发展机遇。

据中国新材料技术协会会长、全国特种合成纤维信息中心主任罗益锋介绍，从全球市场看，大丝束低成本的聚丙烯腈基碳纤维（PANCF）正迎来大发展的机遇。同时也应该看到碳纤维、芳纶、高强聚乙烯、玄武岩以及各种耐高温纤维发展，也在“十三五”时期面临着机遇和挑战。

“对于我国而言，在接下来的时间内，应该重点解决小而散、产品系列化和产品稳定性等方面的问题。我建议，碳纤维等无机纤维可以向着低成本和超高性能两个方向发展，有机高强高模纤维实现品种多样化，通过分子结构优化分析和工艺设备的创新，实现生产高效化、节能化和产品高性能化，扩大市场。而耐高温、阻燃等纤维，则可以顺应逐年强化的环保意识做大做强。”罗益锋说。

同时他还表示，高性能纤维的市场开发，可以围绕着汽车和大型风电叶片等，利用快速成型固化剂和廉价中空陶瓷粉体，提高综合性能和生产效率，降低成本。新能源汽车要利用国内外合作开发的新型电池，带动高性能纤维电池部件的产业化，并通过创新设计理念实现电池组的高性能、小型化和轻量化。

在提及新能源汽车的时候，江苏奥新新能源汽车有限公司董事、总经理史践也分享了自己的经验。

他表示，轻量化是电动汽车要解决的首要问题。世界汽车企业如宝马、通用、丰田、本田等，都有各自碳纤维轻量化应用计划及目标。目前我国汽车复合材料受到越来越多的政府重视和公众的关注，企业和研发单位也应该更为重视，促进这个行业的发展。

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主题3

绿色纤维扛起环保重担

“绿色纺织”已经不是一个新鲜的概念，对于我国纺织行业而言，想要做到绿色发展并保持行业地位，也面临着越来越严格的环保要求。

据四川大学建筑与环境学院副教授王洪涛介绍，行业环保要求主要来自四大方面，一是环保法规的要求，如限用物资、材料声明、化学管理等；二是供应链的风险防范，主要来自社会公众、媒体和环保组织的压力；三是纺织企业进行市场宣传和客户服务的需求，主要包括碳足迹、水足迹、欧盟环境足迹等产品生命周期环境报告；四是政策推动，如《中国制造2025》中提出要进行生命周期绿色管理，工信部、商务部、发改委、财政部等均参与进来。在这种情况下，纺织行业和企业必须为了环保做出自己的选择和努力。

绿色纺织品在中国的发展确实具有极强的现实意义。“国内的聚酯产能和年增长率都非常高，但是由于没有健全的回收体制，再生纤维的回收从数量上而言还只是纤维产量总量很小的一部分。我国政府曾做出承诺，到2020年，中国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。根据预计，2015年，废旧聚酯产品、化纤面料、服装等的回收利用规模将达到700万吨。”浙江佳人新材料有限公司董事长何伟这样说道。

在此背景下，绿色纤维的开发以及有关绿色纤维的环境价值的交流日渐主流化。目前，国内化纤业也已经涌现出一批在生物基纤维领域的创新成果，江苏盛虹科技股份有限公司的PTT纤维就是个很好的例子。

据江苏盛虹科技股份有限公司副总工程师边树昌介绍，PTT纤维优点很多，发展前景广阔。其具有良好的染色性、生物可降解性、抗污性，具有和尼龙相同的韧性、回弹性及抗紫外线等。此外，PTT纤维耐磨，吸水性低，低静电，可在地毯领域替代尼龙。PTT纤维的应用领域主要是对传统纤维材料的升级换代，其发展的价值是将成为一大类的基础材料，并面对一个几百万吨级的需求市场。

同生物基纤维相比，原液着色纤维的绿色环保性则更多地体现在后道染整环节的成本大幅降低。“中国的原液着色纤维总量已经超过300万吨，从色粉、色浆与色母粒、原液着色纤维到纺织品的产业链完整，基本具备了产业快速发展的基础。”中国纺织科学研究院副院长、研究员李鑫表示。

据他介绍，原液着色纤维产业的发展是一个系统工程，目前原液着色纤维的发展也存在着一定的难题，如色母粒的品质仍然不稳定。但是其发展前景广阔，其优势不仅仅是因为环保，还因为普通合成纤维的一些弱点原液着色纤维能够克服。原液着色纤维带来的低成本，并不是降低品质实现低成本，而是它在很大程度上节省了后道等印染环节的费用。所以，原液着色纤维特别适合我国化纤行业的发展。

竹炭纤维性能研究与测试 篇12

1 竹炭纤维的开发[1]

竹炭在纺织中的应用途径基本上有3种∶

其一, 在纺丝过程中将超细甚至是纳米竹炭粉末加入到纺丝流体中制成竹炭纤维。一般选用粘胶基材, 因为纤维素的透气性比合成纤维树脂切片的要高很多, 适合开发新一代保健性功能纤维。

其二, 在涤纶、丙纶、腈纶、粘胶纤维等表面涂上超细竹炭添加剂。这是超细纳米技术和纺织工程相结合的产品, 是将天然植物添加剂移植到化纤中的一个新亮点。

其三, 将竹炭粉末分散到水溶性、热塑性树脂中, 将组合后的树脂涂抹在梭织物、针织物等基布之上。对于涂布量需求较少的被覆膜, 可采用点状被覆。反之, 宜采用全面被覆方式。

在此重点介绍由第1种途径开发的竹炭改性涤纶纤维。即指将竹炭超微颗粒与聚酯通过共混纺丝而制成的竹炭涤纶纤维, 并对这种具有多微孔结构及超强吸附、抗静电、抗菌、防霉、发射负离子等特殊功能的涤纶纤维[2]进行测试。

2 性能测试[3,4]

对竹炭改性涤纶纤维性能的研究是为其产品开发服务的, 本试验选用与其可纺性, 服用性能等有关的指标进行测试研究, 并且与纯涤纶纤维进行性能指标的对比, 见表1。

注:A, B为竹炭改性涤纶纤维, C为纯涤纶纤维

2.1 纤维回潮率的测试

试验仪器:Y802A型八吊篮烘箱:

试验结果与分析:竹炭涤纶纤维与纯涤纶纤维的回潮性能比较见表2。

从竹炭改性涤纶纤维和涤纶纤维的回潮率测试中可以看出, 前者由于竹炭颗粒的存在, 较好地改善了纤维的回潮率, 且随着竹炭在纤维中含量的增加, 纤维的回潮率也随着增加。这是由于竹炭改性涤纶纤维的竹炭颗粒有吸附的功能, 因此使得竹炭改性涤纶纤维比一般的涤纶纤维吸湿性能更好, 用其制作的服装穿着舒适, 适合于制作夏季及贴身穿着的服装、运动服装等, 具有良好的服用性能。

2.2 纤维比电阻性的测试

试验仪器:YG321型纤维比电阻仪;

试验结果:竹炭涤纶纤维与纯涤纶纤维的比电阻性能比较见表3。

由上表可以看出, 竹炭改性涤纶纤维的表面质量比电阻明显低于普通纯涤纶纤维, 这意味着竹炭改性涤纶纤维具有良好的抗静电能力。这是由于竹炭改性涤纶纤维具有良好的吸湿性的原故, 使得其抗静电性能好。用其制作的服装穿着时比较舒服, 不会因静电而有吸附在身上的贴身感, 不易粘着灰尘。这也表明它具有良好的服用性能。

2.3 摩擦性能的测试

试验仪器:Y151型纤维摩擦系数测定仪;

试验结果与分析:竹炭涤纶纤维与纯涤纶纤维的摩擦性能比较见表4。

从上表的测试结果可以看出, 竹炭改性涤纶纤维的摩擦系数较小, 纤维比较光滑, 纤维的动、静态摩擦系数相差不大。涤纶纤维采用熔体纺丝, 截面呈圆形, 表面很平整, 使纤维相对滑动时接触面积不大, 摩擦系数高。竹炭改性涤纶纤维是将高温炭化技术烧制的竹炭, 利用纳米技术微粉化, 再通过熔融纺丝程序把竹炭次纳米级微粉均匀地融入化学纤维中, 这使得其表面具有一定的粗糙, 表面积相对有所增大, 从而其摩擦系数得以减小。

由实验得出的数据可以看出, 橡胶辊的动、静摩擦系数, 竹炭纤维与涤纶纤维相比都有减小, 是因为含竹炭量的多少对纤维摩擦性能的影响不是很显著。

2.4 纤维强力的测试

试验仪器:YG004E型电子单纤维强力仪;

试验结果与分析:竹炭涤纶纤维与纯涤沦纤维的耐酸碱性能比较见表5。

注:A1, B1, 为竹炭涤纶改性纤维是A, B在18%的HCl溶液中浸泡2h, 温度30℃。A2, B2, 为竹炭涤纶改性纤维是A, B在0.5%的Na OH溶液中浸泡2h, 温度30℃。

3 结语

由实验数据可得:竹炭改性涤纶纤维经浓度为18%的HCl处理后与未处理前相比, 其强力、强度、伸长率都没有太大变化, 而经浓度为0.5%的Na OH处理后, 其拉伸强度、强力有所明显的减小。由此, 可得酸对竹炭改性纤维的力学性能没有大的影响, 强碱对其强度有很大的损害。这说明在织物的后面加工过程中, 应注意不能用强碱性的物质对其加工。竹炭纤维所具有的耐酸不耐碱性, 决定了其纱线和织物也具有这种性能, 这让我们注意织物的印染后整理中采用适当的处理工艺。

参考文献

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[2]林力.台湾大力开发竹炭纤维[N].中国绿色时报, 2005-9-29 (07) .

[3]姚穆, 周锦芳.纺织材料学[M].北京∶中国纺织出版社, 1988.