木质素基碳纤维的制备与结构性能研究

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1、分类号：____________TQ311密级：______________公开ＵＤＣ：____________620单位代码：______________11646硕士专业学位论文论文题目：木质素基碳纤维的制备与结构性能研究学号：_________________________1511086345姓名：_________________________江雪峰专业学位类别：________________________工程硕士专业学位领域：________________________材料工程学院：____________

2、_____________材料科学与化学工程学院指导教师：_________________________欧阳琴副研究员合作导师：_________________________孙巍副教授论文完成单位：中科院宁波材料工程与技术研究所_______________________________论文提交日期：2018年6月25日AThesisSubmittedtoNingboUniversityfortheMaster’sDegreePreparationandstructuralPropertiesofligninbased

3、carbonFiberCandidate：JiangXuefengSupervisors：AssociateProfessorOuyangQinAssociateProfessorSunWeiFacultyofMaterialsScienceandChemicalEngineeringNingboUniversityNingbo315211，ZhejiangP.R.CHINADate：JUNE25th2018宁波大学硕士学位论文木质素基碳纤维的制备与结构性能研究摘要木质素是一种重要的可再生资源。其含有丰富的碳元素，且价格低廉，是

4、制备碳纤维的理想原料。但木质素是复杂的三维网状聚合物，难以单独进行纺丝。采用聚丙烯腈（PAN）与木质素共混改性，再通过湿法纺丝工艺可以制得连续纤维，但是该方法对木质素的质量要求较高，且存在木质素流失、纤维内部形成孔洞缺陷的严重问题。为此，本论文主要开展以下研究工作：（1）优化木质素纯化工艺，降低无机杂质含量，研究纯化过程对木质素结构与性能的影响；（2）采用腈纶P(AN-VAc)共聚物与麦秆木质素共混改性，制备低成本碳纤维原丝，研究木质素和P(AN-VAc)共聚物之间的相互作用；（3）研究纺丝液改性方法，采用P(AN-IA)共聚物

5、和氨化改性技术制备致密原丝；（4）采用P(AN-IA)共聚物与多种工业木质素共混改性，对比研究不同木质素及其原丝和碳纤维的性能。取得主要成果如下：1.采用盐酸沉析、离心分离和酸洗的方式可以有效去除木质素中的无机杂质，采用0.6:1的盐酸用量对木质素进行酸析处理，经四次纯化处理后，木质素的灰分含量降低至0.77%。纯化后的麦秆木质素具有较高的反应活性。2.采用麦秆木质素和腈纶P(AN-VAc)共聚物共混制备低成本碳纤维原丝，发现木质素含量对纺丝液的粘度和原丝的结构影响很大。该木质素能够引发氰基在较低温度下发生环化反应，促进热稳定化

6、。当木质素含量增加到30%以上时，碳纤维中心会形成孔洞缺陷。3.采用乙酸铵对麦秆木质素/P(AN-IA)共混纺丝液进行氨化改性，在纯水凝固浴中制得结构致密、截面为圆形的纤维。乙酸铵可以选择性氨化P(AN-IA)，提高纺丝液的亲水性，并不会将木质素改性导致其流失。4.采用三种木质素与P(AN-IA)共混制备原丝，对比了三种木质素及其原丝和碳纤维的性能，发现杨木木质素的热稳定性最好，碳化收率最高。木质素的加入并未降低原丝及其碳纤维的强度，但是会导致模量有所下降。I木质素基碳纤维的制备与结构性能研究本论文通过深入研究木质素纯化工艺、纺

7、丝液改性方法、木质素种类以及预氧化和碳化工艺，制得了具有较高木质素含量和致密结构的原丝以及具有良好力学性能的碳纤维，为开发低成本的木质素基碳纤维奠定了重要的理论和技术基础。关键词：木质素，聚丙烯腈，共混物，灰分，碳纤维II宁波大学硕士学位论文Preparation,structureandpropertiesofligninbasedcarbonfibersAbstractLigninisanimportantrenewableresource.Itisanidealmaterialforpreparationofcarbonf

8、ibersbecauseofitscarbon-richandlow-costcharacteristics.Butligninisacomplexthree-dimensionalnetworkpolymer,whichisdifficulttospinint