木質(zhì)素是自然界中第二大天然高分子材料,目前主要作為工業(yè)制漿的副產(chǎn)物直接排放,不僅是一種資源的浪費(fèi)也會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。近年來,由于木質(zhì)素價格低廉、含碳量高、來源廣泛被作為制備碳纖維的理想原材料,這不僅提高了木質(zhì)素的利用價值,也降低了碳纖維的生產(chǎn)成本。但是,木質(zhì)素在提取和分離過程中發(fā)生了降解,分子量降低,獲得的木質(zhì)素基碳纖維強(qiáng)度低。因此,提高木質(zhì)素的分子量是提高木質(zhì)素基碳纖維強(qiáng)度的方法之一。本文以1,6-二溴己烷作為擴(kuò)鏈劑和木質(zhì)素上的酚羥基在堿溶液中反應(yīng)來提高木質(zhì)素的分子量,制備得到木質(zhì)素?cái)U(kuò)鏈產(chǎn)物,將擴(kuò)鏈產(chǎn)物熔融改性制備得到紡絲物料,然后采用熔融紡絲的方法制備得到初生纖維,再經(jīng)過預(yù)氧化、碳化制備得到木質(zhì)素?cái)U(kuò)鏈產(chǎn)物碳纖維。具體研究內(nèi)容如下:采用FTIR、XPS、GPC、TG和Folin-Ciocalteua法等表征手段對木質(zhì)素?cái)U(kuò)鏈產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、分子量、酚羥基的含量和性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明,1,6-二溴己烷主要和木質(zhì)素上的酚羥基反應(yīng),隨著1,6-二溴己烷含量的增加,酚羥基的含量逐漸減少,木質(zhì)素?cái)U(kuò)鏈產(chǎn)物的分子量逐漸增加,熱穩(wěn)定性逐漸提高�？疾炝四举|(zhì)素?cái)U(kuò)鏈產(chǎn)物的溶解性,結(jié)果表明當(dāng)木質(zhì)素和1,6... 

【文章來源】：天津工業(yè)大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

PAN基碳纖維制備工藝圖

第一章緒論3中間相瀝青制備得到。其制備過程如圖1-2所示[11]：（1）原料的獲得：各向同性瀝青和中間相瀝青都可以從煤焦油、石油渣油通過凈化、氧化熱縮聚獲得，各向同性瀝青也可以通過聚氯乙烯等有機(jī)物裂解獲得，中間相瀝青更多的是通過萘、蒽等芳香化合物經(jīng)過催化、熱縮聚獲得。（2）纖維的制備：由于瀝青是由分子結(jié)構(gòu)不同的芳烴化合物組成的混合物且分子量小，用溶劑很難將其完全溶解成黏稠的紡絲液，所以一般采用熔融紡絲。各向同性瀝青一般利用離心、噴吹等方法制備短纖維，而中間相瀝青直接通過牽伸卷繞便可獲得連續(xù)的長纖維。（3）預(yù)氧化過程：瀝青纖維在起始溫度為200℃的空氣等氧化氣氛下發(fā)生氧化交聯(lián)，形成不熔化的耐熱結(jié)構(gòu)。（4）碳化過程：將預(yù)氧化纖維在惰性氣體的保護(hù)下梯度升溫到1000～1200℃高溫下進(jìn)行熱處理便可獲得碳纖維。而中間相瀝青碳纖維可以在達(dá)到2000～2800℃以上的高溫?zé)崽幚硐逻M(jìn)行石墨化獲得高強(qiáng)高模的碳纖維。瀝青基碳纖維的制備過程中，由于瀝青的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)比較復(fù)雜，所以獲得可紡性好的原料是關(guān)鍵步驟。圖1-2瀝青基碳纖維制備工藝圖Frigure1-2Preparationprocessflowofpitch-basedcarbonfiber1.2.1.3粘膠基碳纖維粘膠基碳纖維是由粘膠纖維為前驅(qū)體制備的碳纖維，粘膠纖維是用粘膠溶液紡絲制備的天然纖維素再生纖維。其制備過程如圖1-3所示[12]：（1）紡絲溶液的制備：將木材、竹子等天然植物經(jīng)過蒸煮、漂白、脫水干燥得到纖維素漿粕，然后將纖維素漿粕通過堿化、磺化、溶解、脫泡得到紡絲溶液。（2）纖維的制備：粘膠纖維一般采用濕法紡絲制備，纖維成型后需要牽伸、水洗、酸洗等后處理，使纖維達(dá)到所需的纖度、純度和性能。（3）纖維的浸漬：提純后的粘膠纖維需要放在催化劑中浸漬，因?yàn)榇呋瘎┛梢愿淖冋衬z?

天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文4結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此粘膠纖維需要使用催化劑浸漬加氧化的方式使其結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定性的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。（5）碳化過程：經(jīng)過催化和初步裂解后的粘膠纖維在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)一步裂解、芳構(gòu)化，形成類石墨結(jié)構(gòu)的過程。圖1-3粘膠基碳纖維制備工藝圖Figure1-3Flowchartofproducingviscosebasedcarbonfiber通過對比這三類碳纖維的制備工藝可以得出：PAN基碳纖維的制備工藝相對簡單，瀝青基碳纖維的原料價格低廉，但成分復(fù)雜，提取工藝繁瑣。粘膠基碳纖維的制備工藝復(fù)雜，并且在制備過程中污染比較嚴(yán)重。因此，PAN基碳纖維占據(jù)碳纖維的主要市常1.2.2碳纖維的應(yīng)用與其它合成纖維相比，碳纖維由于其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)在壓縮和拉伸兩種模式下都具有良好的物理和機(jī)械性能，在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中占據(jù)了領(lǐng)先地位[13]。在很多國家它被廣泛的應(yīng)用于軍事、國防和航空航天等重要領(lǐng)域，隨著碳纖維復(fù)合材料（CFRP）的興起，它的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍不斷擴(kuò)大，已經(jīng)從軍事擴(kuò)展到民用等各個領(lǐng)域。1.2.2.1高端領(lǐng)域的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用在空間光學(xué)遙感儀器中的精密零部件中，提高了其在宇宙空間環(huán)境下的尺寸穩(wěn)定性，使其不受宇宙空間下外部環(huán)境的干擾；應(yīng)用在空間相機(jī)中的支撐構(gòu)件當(dāng)中提高了其對剛度的要求和對空間環(huán)境的適應(yīng)性[14]。A350XWB新一代噴氣客機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身采用碳纖維材料進(jìn)行制備。預(yù)計(jì)在未來，中小型客機(jī)對碳纖維材料的需求將不斷擴(kuò)大[15]。1.2.2.2民用領(lǐng)域的應(yīng)用碳纖維材料在汽車中的使用可以減輕車身的重量，進(jìn)而節(jié)約能源，減少能耗，并且提高了車身的耐抗擊能力。碳纖維材料在風(fēng)力發(fā)電葉片上的使用可以滿足葉片更大尺寸，以及風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅侩娔艿男枰�，有利于人類開發(fā)和利用新能源，

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3479724