碳纖維表面涂層改性及其在高溫除塵中的應(yīng)用.pdf

1、高溫含塵氣體通常是先降溫再除塵利用，浪費(fèi)了大量的顯熱和潛熱，高溫下直接除塵將節(jié)省大量的能量。高溫除塵的核心是耐高溫的濾材。碳纖維具有耐高溫、耐疲勞性好、耐腐蝕性好、高軸向強(qiáng)度、高模量、無蠕變及低密度等優(yōu)點(diǎn)，在航天、航空等高科技領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，有望成為高溫濾材，但高溫有氧條件下碳纖維易氧化，因此開展碳纖維改性實(shí)驗(yàn)研究，以提高其耐高溫氧化性能，具有十分重要的意義。本論文在對以提高抗高溫氧化性能為目的的碳纖維表面涂層研究進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，

2、采用靜態(tài)等溫氧化方法，考察了不同溫度下PAN基碳纖維氧化情況，并采用溶膠—浸漬法制備碳纖維表面涂層，以提高碳纖維抗氧化性能，同時探討了碳纖維的過濾性能。
　　通過靜態(tài)等溫氧化考察了氣氛環(huán)境、氧化溫度、焙燒時間及氧含量對PAN基碳纖維失重率及表面形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn):在絕氧條件下碳纖維不失重;在含氧、溫度大于300℃條件下碳纖維氧化分為三個階段，在初始階段和中間階段，碳纖維質(zhì)量與時間呈線性關(guān)系，最終階段碳纖維失重率與剩余質(zhì)量成正比，

3、其中間階段氧化失重速率最快。碳纖維表面形貌的變化規(guī)律為:氧化前表面光滑潔凈，有軸向較淺的溝槽;輕度氧化后溝槽加深，并出現(xiàn)毛刺;繼續(xù)氧化后碳纖維表面龜裂呈魚鱗狀剝落，并有貫穿裂紋產(chǎn)生;深度氧化后表面重現(xiàn)光滑，但不存在溝槽，纖維直徑大幅度變小。
　　采用溶膠—浸漬法在碳纖維表面制備了納米涂層，首先考察了浸漬方式對涂層碳纖維的抗氧化性能的影響，結(jié)果表明:最優(yōu)浸漬條件為超聲震蕩聯(lián)合抽真空浸漬三次，最優(yōu)原料比例為n(TBT)∶ n(H2O)

4、∶ n(ETOH)=1∶3∶100;普通涂層較疏松，復(fù)合涂層能克服單一涂層疏松的缺陷。400℃氧化15h，普通二氧化鈦涂層碳纖維失重率為8.01％，而復(fù)合涂層碳纖維為5.91％。以硫酸銅和氧化硼為燒結(jié)劑，制備了致密化涂層，克服了涂層疏松多孔的缺陷。硫酸銅和氧化硼最適宜含量分別為0.5％和15％，其氧化活化能較普通二氧化鈦涂層碳纖維高28.86％、44.97％。XRD表征結(jié)果說明表面涂層成分均為銳鈦礦型，沒有其他衍射峰出現(xiàn)。TEM分析表明