preparationofLLDPE

1、題目：題目：Preparation of carbon fibers from linear low density polyethylene Carbon報(bào)告人：孟雨辰報(bào)告人：孟雨辰 學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：20152101842015210184班級(jí)班級(jí) ：材研：材研15111511CONTENTS01研究背景Part One02實(shí)驗(yàn)部分Part Two03結(jié)果與討論P(yáng)art ThreeCONTENTS01研究背景Part One1.1 碳纖維簡(jiǎn)介 1.2 碳纖維制備方式 碳纖維制造方法可分為兩種類(lèi)型碳纖維制造方法可分為兩種類(lèi)型, ,即氣相法和有機(jī)纖維即氣相法和有機(jī)纖維碳化法。碳化法。 氣相法是在惰性

2、氣氛中小分子有機(jī)物在高溫沉積而成纖氣相法是在惰性氣氛中小分子有機(jī)物在高溫沉積而成纖維。用該法制只能制取短纖維或晶須維。用該法制只能制取短纖維或晶須, ,不能制造連續(xù)一長(zhǎng)絲。不能制造連續(xù)一長(zhǎng)絲。 有機(jī)纖維碳化法有機(jī)纖維碳化法是先將有機(jī)纖維經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化處理變成是先將有機(jī)纖維經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化處理變成耐火纖維耐火纖維, ,然后再在惰性氣氛中然后再在惰性氣氛中, ,在高溫下進(jìn)行鍛燒碳化在高溫下進(jìn)行鍛燒碳化, ,使使有機(jī)纖維失去部分碳和其他非碳原子有機(jī)纖維失去部分碳和其他非碳原子, ,形成以碳為主要成分形成以碳為主要成分的纖維。用此法可制造連續(xù)長(zhǎng)纖維。常用的有機(jī)前驅(qū)體是的纖維。用此法可制造連續(xù)長(zhǎng)纖維。常用的有機(jī)前

3、驅(qū)體是PANPAN纖維、瀝青和一些人造有機(jī)纖維。在碳纖維的工業(yè)化生纖維、瀝青和一些人造有機(jī)纖維。在碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)中，最常用的就是用產(chǎn)中，最常用的就是用聚丙烯腈（聚丙烯腈（PANPAN）纖維）纖維。1.3 研究背景 由于碳纖維具有優(yōu)良的性能，它在許多領(lǐng)域都開(kāi)始得到由于碳纖維具有優(yōu)良的性能，它在許多領(lǐng)域都開(kāi)始得到應(yīng)用。從應(yīng)用。從2012年開(kāi)始，碳纖維的產(chǎn)量已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)需要。年開(kāi)始，碳纖維的產(chǎn)量已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)需要。到到2013年，碳纖維的年需求量已經(jīng)達(dá)到年，碳纖維的年需求量已經(jīng)達(dá)到130,000,000lb。約為。約為59000T。而降低碳纖維的生產(chǎn)成本，可以有效的解決這個(gè)市。而降低碳纖維

4、的生產(chǎn)成本，可以有效的解決這個(gè)市場(chǎng)問(wèn)題。場(chǎng)問(wèn)題。 前驅(qū)體材料在碳纖維的生產(chǎn)成本中占有一定的比例（在前驅(qū)體材料在碳纖維的生產(chǎn)成本中占有一定的比例（在PAN基碳纖維生產(chǎn)中為基碳纖維生產(chǎn)中為51），因此許多研究都致力于尋找），因此許多研究都致力于尋找PAN纖維的替代物。纖維的替代物。 經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，利用經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，利用PE代替代替PAN作為前驅(qū)體生產(chǎn)碳纖維作為前驅(qū)體生產(chǎn)碳纖維可以減少碳纖維的生產(chǎn)成本（碳化收率較高）。但線型低密可以減少碳纖維的生產(chǎn)成本（碳化收率較高）。但線型低密度聚乙烯在酸化處理時(shí)，其機(jī)械性能會(huì)有所下降，仍可以在度聚乙烯在酸化處理時(shí)，其機(jī)械性能會(huì)有所下降，仍可以在許多方面得到應(yīng)用（

5、例如氣體分離薄膜、催化載體、電荷儲(chǔ)許多方面得到應(yīng)用（例如氣體分離薄膜、催化載體、電荷儲(chǔ)存、氣體吸附和海水淡化的過(guò)濾）。所以本研究主要內(nèi)容是存、氣體吸附和海水淡化的過(guò)濾）。所以本研究主要內(nèi)容是利用利用LLDPE制備碳纖維，同時(shí)探究不同的酸化處理?xiàng)l件對(duì)其制備碳纖維，同時(shí)探究不同的酸化處理?xiàng)l件對(duì)其制備的碳纖維性能的影響。制備的碳纖維性能的影響。 CONTENTS02實(shí)驗(yàn)部分Part Two2.1 前驅(qū)體纖維制備2.2 酸化處理（預(yù)氧化）2.3 碳化2.4 測(cè)試2.1 前驅(qū)體纖維制備1 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%十氫化萘十氫化萘，25%的的LLDPE在在170下混合下混合2 將上述混合物加入噴絲裝

6、置進(jìn)行紡絲。（噴絲裝置參數(shù)：將上述混合物加入噴絲裝置進(jìn)行紡絲。（噴絲裝置參數(shù)：噴絲孔直徑為噴絲孔直徑為250m，噴絲壓力為，噴絲壓力為2kgf/cm2, 纖維回收速率為纖維回收速率為15.6m/min）3將制得的纖維在己烷中浸泡將制得的纖維在己烷中浸泡24小時(shí)，從而洗去纖維中的十小時(shí)，從而洗去纖維中的十氫化萘。之后再用蒸餾水洗氫化萘。之后再用蒸餾水洗3次。次。4在在80下，用熱拉絲機(jī)對(duì)纖維進(jìn)行拉絲（拉伸比為下，用熱拉絲機(jī)對(duì)纖維進(jìn)行拉絲（拉伸比為5），使），使纖維直徑為纖維直徑為27m，之后冷卻待用。，之后冷卻待用。2.2 酸化處理 將前驅(qū)體纖維浸泡在將前驅(qū)體纖維浸泡在95%的硫的硫酸中，同時(shí)分

7、別施加酸中，同時(shí)分別施加0.09、0.18、0.26（MPa）拉力，保持溫度在）拉力，保持溫度在130、140、150、160（），酸化），酸化處理處理1、2、3、4（h）。）。2.3 碳化 將上一步所得交聯(lián)纖維置于惰性條件下，以將上一步所得交聯(lián)纖維置于惰性條件下，以6.2/min的升溫速率加熱到的升溫速率加熱到950。維持這個(gè)溫度。維持這個(gè)溫度5分鐘，之后以分鐘，之后以3.1/min的冷卻速率降至室溫。碳化過(guò)程中在交聯(lián)纖維上的冷卻速率降至室溫。碳化過(guò)程中在交聯(lián)纖維上施加施加0.25MPa拉力。拉力。2.4 測(cè)試主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：（1 1）利用差熱分析，傅里葉紅外光譜分析，元素分析，顏色變）

8、利用差熱分析，傅里葉紅外光譜分析，元素分析，顏色變化和密度變化對(duì)酸化交聯(lián)過(guò)程進(jìn)行分析。（反應(yīng)機(jī)理研究，不深化和密度變化對(duì)酸化交聯(lián)過(guò)程進(jìn)行分析。（反應(yīng)機(jī)理研究，不深入討論）入討論）（2 2）碳纖維的機(jī)械性能）碳纖維的機(jī)械性能（3 3）使用）使用SEMSEM對(duì)碳纖維的截面進(jìn)行測(cè)試對(duì)碳纖維的截面進(jìn)行測(cè)試CONTENTS03結(jié)果與討論P(yáng)art Three3.1 酸化交聯(lián)過(guò)程差示掃描量熱說(shuō)明了其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生差示掃描量熱說(shuō)明了其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，纖維獲得不溶解性了變化，纖維獲得不溶解性傅里葉紅外變換光譜測(cè)試表明酸化過(guò)程中，聚傅里葉紅外變換光譜測(cè)試表明酸化過(guò)程中，聚乙烯分支上的乙烯分支上的H H被磺酸基取

9、代被磺酸基取代3.1 酸化交聯(lián)過(guò)程元素分析，元素分析，C C、H H減少表明減少表明C-HC-H鍵斷裂。鍵斷裂。O O、S S增加，表明增加，表明SOSO2 2氣體被吸收氣體被吸收3.2 機(jī)械性能測(cè)試儀器：英斯特朗測(cè)試儀器：英斯特朗拉力檢測(cè)機(jī)拉力檢測(cè)機(jī)OTT-05OTT-05參數(shù)：參數(shù)：3N3N的稱(chēng)重傳感的稱(chēng)重傳感器，器，20mm20mm的計(jì)量長(zhǎng)度的計(jì)量長(zhǎng)度以及以及2mm/min2mm/min的十字的十字頭速度頭速度測(cè)試儀器：測(cè)試儀器：S-4100S-4100，HitachiHitachi3.3 SEM組織形態(tài)3.4 機(jī)械性能討論Fig. Tensile strength and tensile modulus of the carbon fibers for various crosslinking times at （，）（，）140，（，），（，）150208.1MPa14.3GPa3.5 結(jié)論（1）在合適的酸化條件下，可以使用）在合適的酸化條件下，可以使用LLDPE制備出碳纖維產(chǎn)品，制備出碳纖維產(chǎn)品，其最大拉伸強(qiáng)度為其最大拉伸強(qiáng)度為208.1MPa，最大拉