功能纤维及其应用-18

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1、周次第18课次，总18课次活性炭纤维和碳化硅纤维课法段学的求授方手教目要课堂讲授(V)；实验()；研讨()；上机()；其它()板书，PPT1.掌握活性炭纤维的结构与性能教学时数2.了解碳化硅纤维的应用及发展趋势活性炭纤维(ActivatedCarbonFiber,简称ACF)是继粉状活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)以后的第三代产品，是在20世纪60年代逐渐发展起来的新型活性炭。ACF主要分为粘胶基ACF、酚醛基ACF、聚丙烯睛基ACF、沥青基ACF等。ACF与以往的活性炭和比，比表面积大,含量丰富的微孔占总体积的90%左右,孔径分布狭窄冃均匀

2、，微孔孔径大多在lmn左右，没有大孔和过渡孔，吸附、脱附速度快、叮塑性和再生性强。ACF表面有各种官能团，对于金属离了、某些有机物及某些气体冇很好的选择性吸附功能,是一种新型的高效吸附剂。活性炭纤维的分类种类主要优缺点沥青基聚丙烯膳基原料低廉，产品收率高，但杂质含量高，不易制得连续长丝，深加工困难，强度低结构屮含有s、N化合物，有催化剂作用，性能好，工艺简单成熟，但比表而积较小，吸附成本粘胶基酚醛基原料低廉•制成品比表面积大•吸附性能好，但产品收率低，强度低，生产工艺复杂原料低廉•耐热，不需耍进行预处理，产品收率高，比表面积大，工艺简单ACF的主要

3、问题有：(1)ACF的高生产成本。(2)rtiT活性炭纤维的微孔结构，孔径范围狭窄，限制了其对大分子污染物的吸附。今后的研究和发展重点应为：(1)生产技术的研究。开发出低成木和高强度的ACFo(2)扩大ACF的应用范围。积极开发中孔ACF制品品种(3)对ACF进行改性处理。(1)与其它技术联合使用是ACF的新研究方向。(2)ACF的再生技术。碳化硅纤维是以碳和硅为主耍组分的一种陶瓷纤维，这种纤维具有良好的高温性能、高强度、高模量和化学稳定性，抗张强度可达2.5〜3.5GPa,弹性模量为200GPa,冇良好的耐化学品腐蚀性，线膨胀系数小，约为3」X1

4、0-6K-1,耐辐照、吸波性好，口具有半导体性质。主要用于增强金属和陶瓷，制成耐高温的金属或陶瓷基复合材料。因其具冇良好性能，已在尖端科技领域，例如航空航天、火箭发动机、核聚变炉等方面展开应用。今后，期待往民品方向应用，诸如汽车废烟气收尘、高效率燃气发屯机耐热部件等扩展使用。所以，研究碳化硅纤维的特点就显得尤为重要。目前碳化硅晶须的主要制备方法大体分为三类，分别是：气相碳源法、固相碳源法、液相碳源法。其屮，气相碳源法是含碳的气体与含硅的气体反应，或分解一种含碳及硅的有机化合物气体合成碳化硅品须；固相碳源法是先在高温下使含C和含Si的固态材料变成气相

5、，随后通入载气，在于反映材料隔开的空间屮合成碳化硅晶须；液相碳源法是用特定的含碳纳米材料作为前驱体在一定条件下水解，形成溶胶，经溶剂挥发及加热处理，使溶胶转变成网状结构的凝胶，再经适当的后处理形成纳米材料，此法成木低廉，工艺简单，无污染，但晶须容易形成团聚，分散性和结晶性差。作为一种多相陶瓷，SiC的材质既硬且脆，加工难度很大；从已见报道的SiC反射镜来看，其面形精度尚不能满足高精度光学系统的成像要求，这使得它在应用屮受到限制；常规的碳化硅产品在弥补现有常规纤维的在特殊领域的不足之外尚有许多的缺陷。需要长期的完善，以及创新。在缺陷方面需要做如下的改

6、进：(1)低氧化，不采用空气不熔化处理；(2)进行低碳化处理增加纤维的密度和弹性模量；(3)提高耐热性和耐化学稳定性；(4)CVD法制备的纤维直径太粗，柔韧性太差，难以编织，从而不利丁复朵复合材料的制备，先驱体法制备的纤维避免了这些不足等。碳化硅纤维的应用及发展趋势碳化硅纤维主要用作耐高温材料和增强材料，耐高温材料包扌舌热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金屈的滤布等。用做增强材料吋，常与碳纤维或玻璃纤维合用，以增强金属(如铝)和陶瓷为主，如做成喷气式飞机的刹车片、发动机叶片、着陆齿轮箱和机身结构材料等,还可用做体育用品，其短切纤维则可用做

7、高温炉材等。碳化硅纤维复合材料较多应用于国防军工，主要包括：航空、航犬等高技术领域，像先进战斗机、空天飞机、航空发动机、战术导弹和电子组件等，达到减重、提高工作温度、热膨胀系数匹配和捉高热导率等目的。另外在高级运动器材上亦有应用，像自行车车架等。重点：活性炭纤维的原料來源；活性炭纤维的预处理与制备方法；活性炭纤维的微观结构；活性炭纤维的吸附性能；活性炭纤维的实际应用；活性炭纤维研究的主要问题和发展方向；碳化硅纤维的分类；碳化硅纤维的性能；碳化硅纤维的制造；碳化硅纤维的应用及发展趋势难点：活性炭纤维的预处理与制备方法；活性炭纤维的微观结构；活性炭纤维

8、的吸附性能；碳化硅纤维的性能教学过程设计1.活性炭纤维的原料来源5分钟2.活性炭纤维的预处理与制备方法10分钟3.活性炭纤