回收聚乙烯模板法制备碳纤维的机理分析

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.08.013

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (8): 94-99.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.08.013

回收聚乙烯模板法制备碳纤维的机理分析

矫佳利(), 杨卫民, 高晓东, 宋立健, 丁玉梅, 程礼盛()

北京化工大学机电工程学院，北京 100029

收稿日期:2021-04-23 出版日期:2021-08-26 发布日期:2021-08-27
作者简介:矫佳利（1995—），女，在读硕士研究生，主要从事高分子材料成型加工及先进制造技术的研究。

Mechanism Analysis of Carbon Fiber Prepared by Recycled Polyethylene⁃Template Method

JIAO Jiali(), YANG Weimin, GAO Xiaodong, SONG Lijian, CHENG Lisheng

College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029

Received:2021-04-23 Online:2021-08-26 Published:2021-08-27

摘要/Abstract

摘要：

以聚乙烯（PE）材料为例，利用石墨烯模板法，通过有机无机材料的转化，将低成本回收PE成功制备了聚乙烯基碳纤维；同时，通过分子动力学模拟对石墨烯模板法制备机理进行分析，并通过实验成功制备了聚乙烯基碳纤维。石墨烯模板促进了碳纤维六元环层状结构的生长，有利于聚乙烯纤维的炭化；同时，利用拉曼光谱及X射线光电子序谱对纤维进行了表征。结果表明，石墨烯模板有利于纤维的炭化，同时，随着石墨烯含量的增加，纤维的炭化质量越高。

关键词: 回收聚乙烯, 石墨烯模板, 碳纤维, 分子动力学, 机理分析

Abstract:

The high?value recycling of plastics has become a focus of social and economic researches. In this work， a type of polyethylene?based carbon fiber was successfully prepared by means of a graphene?templating method through the conversion of organic and inorganic materials using low?cost recycled polyethylene. Molecular dynamics simulation was also conducted to analyze the preparation mechanism of the graphene?templating method. The graphene template can promote the growth of the six?membered ring?layered structure of carbon fiber. This is beneficial to the carbonization of polyethylene fibers. Raman spectroscopy and XPS were used to characterize the obtained carbon fiber. The results indicated that the graphene template could facilitate the carbonization of the fiber.

Key words: recycled polyethylene, graphene template, carbon fiber, molecular dynamics, mechanism analysis

中图分类号:

TQ320

矫佳利, 杨卫民, 高晓东, 宋立健, 丁玉梅, 程礼盛. 回收聚乙烯模板法制备碳纤维的机理分析[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 94-99.

JIAO Jiali, YANG Weimin, GAO Xiaodong, SONG Lijian, CHENG Lisheng. Mechanism Analysis of Carbon Fiber Prepared by Recycled Polyethylene⁃Template Method[J]. China Plastics, 2021, 35(8): 94-99.

图/表 8

图1 熔体纺丝和纤维磺化

Fig.1 Melt spinning and fiber sulfonation

图2 单根PE分子链模型

Fig.2 Single PE molecular chain model

图3 不同石墨烯含量的PE纤维金相显微图

Fig.3 Metallographic micrographs of PE fibers with different graphene contents

图4 不同石墨烯含量的PE基碳纤维

Fig.4 PE?based carbon fibers with different graphene contents

图5 不同石墨烯含量PE基碳纤维的拉曼谱图

Fig.5 Raman spectra of PE?based carbon fibers with different graphene contents

图6 碳纤维XPS全谱图

Fig.6 XPS full spectrum of carbon fiber

图7 石墨烯的C1s的XPS谱图

Fig.7 XPS diagram of C1s of graphene

图8 PE高温炭化过程中的反应分子动力学模拟

Fig.8 Reaction molecular dynamics simulation during high?temperature carbonization of PE

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