preparationofLLDPE

1、題目：題目：Preparation of carbon fibers from linear low density polyethylene Carbon報告人：孟雨辰報告人：孟雨辰 學號：學號：20152101842015210184班級班級 ：材研：材研15111511CONTENTS01研究背景Part One02實驗部分Part Two03結果與討論Part ThreeCONTENTS01研究背景Part One1.1 碳纖維簡介 1.2 碳纖維制備方式 碳纖維制造方法可分為兩種類型碳纖維制造方法可分為兩種類型, ,即氣相法和有機纖維即氣相法和有機纖維碳化法。碳化法。 氣相法是在惰性

2、氣氛中小分子有機物在高溫沉積而成纖氣相法是在惰性氣氛中小分子有機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)一長絲。不能制造連續(xù)一長絲。 有機纖維碳化法有機纖維碳化法是先將有機纖維經過穩(wěn)定化處理變成是先將有機纖維經過穩(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, ,在高溫下進行鍛燒碳化在高溫下進行鍛燒碳化, ,使使有機纖維失去部分碳和其他非碳原子有機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)長纖維。常用的有機前驅體是的纖維。用此法可制造連續(xù)長纖維。常用的有機前

3、驅體是PANPAN纖維、瀝青和一些人造有機纖維。在碳纖維的工業(yè)化生纖維、瀝青和一些人造有機纖維。在碳纖維的工業(yè)化生產中，最常用的就是用產中，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，它在許多領域都開始得到由于碳纖維具有優(yōu)良的性能，它在許多領域都開始得到應用。從應用。從2012年開始，碳纖維的產量已經無法滿足市場需要。年開始，碳纖維的產量已經無法滿足市場需要。到到2013年，碳纖維的年需求量已經達到年，碳纖維的年需求量已經達到130,000,000lb。約為。約為59000T。而降低碳纖維的生產成本，可以有效的解決這個市。而降低碳纖維

4、的生產成本，可以有效的解決這個市場問題。場問題。 前驅體材料在碳纖維的生產成本中占有一定的比例（在前驅體材料在碳纖維的生產成本中占有一定的比例（在PAN基碳纖維生產中為基碳纖維生產中為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。 經過研究發(fā)現，利用經過研究發(fā)現，利用PE代替代替PAN作為前驅體生產碳纖維作為前驅體生產碳纖維可以減少碳纖維的生產成本（碳化收率較高）。但線型低密可以減少碳纖維的生產成本（碳化收率較高）。但線型低密度聚乙烯在酸化處理時，其機械性能會有所下降，仍可以在度聚乙烯在酸化處理時，其機械性能會有所下降，仍可以在許多方面得到應用（

5、例如氣體分離薄膜、催化載體、電荷儲許多方面得到應用（例如氣體分離薄膜、催化載體、電荷儲存、氣體吸附和海水淡化的過濾）。所以本研究主要內容是存、氣體吸附和海水淡化的過濾）。所以本研究主要內容是利用利用LLDPE制備碳纖維，同時探究不同的酸化處理條件對其制備碳纖維，同時探究不同的酸化處理條件對其制備的碳纖維性能的影響。制備的碳纖維性能的影響。 CONTENTS02實驗部分Part Two2.1 前驅體纖維制備2.2 酸化處理（預氧化）2.3 碳化2.4 測試2.1 前驅體纖維制備1 將質量分數為將質量分數為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、置進行紡絲。（噴絲裝置參數：將上述混合物加入噴絲裝置進行紡絲。（噴絲裝置參數：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，從而洗去纖維中的十小時，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，用熱拉絲機對纖維進行拉絲（拉伸比為下，用熱拉絲機對纖維進行拉絲（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 將前驅體纖維浸泡在將前驅體纖維浸泡在95%的硫的硫酸中，同時分

7、別施加酸中，同時分別施加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 將上一步所得交聯纖維置于惰性條件下，以將上一步所得交聯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。維持這個溫度。維持這個溫度5分鐘，之后以分鐘，之后以3.1/min的冷卻速率降至室溫。碳化過程中在交聯纖維上的冷卻速率降至室溫。碳化過程中在交聯纖維上施加施加0.25MPa拉力。拉力。2.4 測試主要內容：主要內容：（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酸化交聯過程進行分析。（反應機理研究，不深化和密度變化對酸化交聯過程進行分析。（反應機理研究，不深入討論）入討論）（2 2）碳纖維的機械性能）碳纖維的機械性能（3 3）使用）使用SEMSEM對碳纖維的截面進行測試對碳纖維的截面進行測試CONTENTS03結果與討論Part Three3.1 酸化交聯過程差示掃描量熱說明了其組織結構發(fā)生差示掃描量熱說明了其組織結構發(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試表明酸化過程中，聚傅里葉紅外變換光譜測試表明酸化過程中，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 酸化交聯過程元素分析，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 機械性能測試儀器：英斯特朗測試儀器：英斯特朗拉力檢測機拉力檢測機OTT-05OTT-05參數：參數：3N3N的稱重傳感的稱重傳感器，器，20mm20mm的計量長度的計量長度以及以及2mm/min2mm/min的十字的十字頭速度頭速度測試儀器：測試儀器：S-4100S-4100，HitachiHitachi3.3 SEM組織形態(tài)3.4 機械性能討論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制備出碳纖維產品，制備出碳纖維產品，其最大拉伸強度為其最大拉伸強度為208.1MPa，最大拉