酸作为低温石墨化辅助剂及其对纤维素碳纤维结构和性能的影响

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 聚合物化学 聚合物化学
• 纳米技术 纳米技术

背景情况:

• 基于纤维素的碳纤维 (CFs) 为以石油为基础的材料提供了一个可持续的替代品.
• 低碳产量和低于最佳的机械性能在历史上限制了基于纤维素的CF的广泛采用.
• 开发可扩展和经济可行的方法来生产高性能纤维素CFs对于推进可持续材料至关重要.

研究的目的:

• 开发一种可扩展的,连续的工艺,用于生产基于纤维素的碳纤维.
• 研究酸 (BA) 作为添加剂对基于纤维素的CFs的特性的影响.
• 系统地比较BA兴奋剂和未兴奋剂的纤维素衍生CFs的特征.

主要方法:

• 采用了一种连续的工艺,包括前体,用酸添加,热稳定和碳化.
• 碳化是在1000至2000°C的温度下进行的.
• 描述包括元素分析,X射线散射,机械测试 (模,拉力强度) 和电导度测量.

主要成果:

• 酸添加显著增加了71%的碳产量和168%的电导率 (达到135,000 S/m).
• 模量提高了27%,拉伸强度适度下降了25%,密度增加了14%.
• 观察到对石墨状结构形成的催化作用从1000°C开始,在更高的温度下变得更加明显,影响晶体的尺寸和方向.

结论:

• 酸是克服基于纤维素的CF生产中低碳产量限制的有效添加剂.
• 使用BA可增强纤维素衍生CF的结构排序和电性能,即使在相对较低的碳化温度下也是如此.
• 这种优化的工艺为高性能,可持续的碳纤维提供了一个可扩展和经济可行的途径.