三维高导热炭/炭复合材料的制备、结构及性能（英文）

采用连续沥青基炭纤维与商业PAN基炭纤维的混编制备了三维炭/炭复合材料预制体,通过多次化学气相渗透(CVI)、液压浸渍(LPI)工艺对其进行增密处理和一系列的炭化和石墨化处理获得高导热三维炭/炭复合材料。在此典型结构中,沥青基炭纤维沿x,y方向水平正交排布,而商业PAN基炭纤维沿z方向双向贯通排布。研究了炭/炭复合材料的显微结构以及炭纤维和热解炭对炭/炭复合材料热导率和力学性能的相对贡献。CVI热解炭具有高结晶度并且沿纤维轴高度择优取向。通过3CVI和3CVI+4LPI工艺制备的炭/炭复合材料的密度分别达到了1.58和1.84 g/cm3。所制备的炭/炭复合材料沿x,y方向分别具有115.9 W/m·K (3CVI)和234.7 W/m·K (3CVI+4LPI)的高热导率,沿z方向的热导率分别只有18.6(3CVI)和41.5 W/m·K (3CVI+4LPI)。热扩散和热导率主要依赖于炭/炭复合材料中的连续性沥青基炭纤维。通过PAN基炭纤维的引入和后续增密过程,三维炭/炭复合材料的力学性能相对于一维炭/炭复合材料和二维炭/炭复合材料显著提高。     

石墨烯填充对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响

为研究同一制备方法下石墨烯质量分数对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响,通过熔融共混法制备了石墨烯/聚酰胺(GE/PA6)、石墨烯/聚丙烯(GE/PP)、石墨烯/高密度聚乙烯(GE/HDPE)3种聚合物复合材料。结果表明,石墨烯能有效提高3种聚合物导热性能,当填充石墨烯质量分数达到10%时,PA6导热系数从0.32 W/(m·K)提升至1.30 W/(m·K);GE/PP导热系数从0.37 W/(m·K)提升至1.15 W/(m·K)、GE/HDPE导热系数从0.62 W/(m·K)提升至1.13 W/(m·K)。对制备的石墨烯聚合物复合材料进行热重分析。将纯聚合物与石墨烯质量分数1%,5%,10%的石墨烯聚合物复合材料对比,PA6的热稳定性逐渐提升,PP、HDPE的热稳定性先降低后升高。     

热处理温度对二维高导热炭/炭复合材料结构及热导率的影响（英文）

以高导热沥青基炭纤维布为增强体,中间相沥青为黏结剂,采用热模压成型及液相浸渍裂解工艺增密,并经高温石墨化处理制备二维高导热炭/炭复合材料。利用X射线衍射仪和透射电子显微镜对经不同温度处理后的沥青基炭纤维及二维高导热炭/炭复合材料的结构和形貌变化进行表征,并考察石墨化处理温度对复合材料热导率的影响。结果表明,随着热处理温度的升高,纤维及复合材料内部石墨微晶尺寸增大、取向度变好,纤维与基体间界面结合紧密、裂纹减少,而基体碳层间裂纹则呈扩大趋势。此外,二维高导热炭/炭复合材料的热导率随热处理温度的升高而线性增加,经3 000℃处理后,材料热导率高达443 W/m·K。     

石墨化碳泡沫导热性能研究

以煤焦油基沥青为原料,在420～450℃的范围内热解制备中间相沥青,用所制得的沥青在6～8MPa的压力下升温发泡,保温一段时间,然后再经过碳化和石墨化制得一种性能优良的导热材料--碳泡沫,其导热系数最高可以达到110W/(m·K).讨论了沥青中间相含量、发泡时的压力、保温时间、升温速率对泡沫导热性能的影响:随着中间相沥青含量的增加,所制备的碳泡沫的导热系数明显提高,中间相由0%提高到100%时,导热系数由77.5W/(m·K)上升到110W/(m·K);发泡时保温时间的影响相对于成型压力更为明显,保温时间从1h提高到4h,导热系数会由85 W/(m·K)上升到100W/(m·K);发泡的压力对导热系数的影响不是很明显.     

石墨表面镀Si对石墨/Al复合材料热物理性能的影响

研究了石墨粒径及表面镀Si处理对石墨/Al复合材料热物理性能的影响。结果表明:在盐浴过程中石墨表面形成了SiC层,这不仅增强了石墨-Si/Al复合材料的界面结合力,而且抑制了Al4C3相的产生。随着石墨鳞片体积分数从50%增加到70%,复合材料X-Y方向的热导率从492 W/(m·K)增加到654 W/(m·K),而且体积分数为50%的镀Si石墨/Al复合材料抗弯强度达到了81 MPa,相比未镀覆的提高了53%,是理想的定向导热电子封装材料。随着石墨粒径从500μm减小到150μm,石墨-Si/Al复合材料X-Y面方向的热导率由654 W/(m·K)降低到445 W/(m·K),但Z方向的热导率和复合材料抗弯强度变化不明显。     

轻质保温高延性水泥基复合材料的拉伸性能与耐久性能

本研究采用引气剂与PVA纤维制备出密度等级为A10、强度等级达C20的轻质保温高延性水泥基复合材料(LIHDCC),并研究了不同纤维体积掺量时LIHDCC的基本力学性能、导热性能、单轴拉伸性能、纤维/基体界面粘结性能、抗冻性能、抗氯离子渗透性能及其孔结构。结果表明,纤维体积掺量为1.5%和2.0%的LIHDCC的抗压强度均可以达到C20;导热系数分别为0.08 W/(m·K)和0.10 W/(m·K);极限拉伸应变分别为0.72%和0.85%;纤维在基体中的平均化学粘结力为6.92 J/m~2,摩擦应力和滑移硬化系数分别为1.25 MPa和0.42;LIHDCC具有较好的抗氯离子渗透性能及抗冻融能力;通过X射线层析扫描(X-CT)技术对LIHDCC孔径大小与孔的分布进行分析,引气剂引入的气泡分布均匀,气泡平均直径在0～1 mm。     

一维高导热C/C复合材料的制备研究

以三种沥青作为基体前驱体, 实验室自制的AR中间相沥青基纤维为增强体, 通过500℃热压成型, 随后经炭化和石墨化处理制备出一维炭/炭(C/C)复合材料。研究了前驱体沥青种类和热处理温度对复合材料导热性能的影响, 并采用扫描电子显微镜和偏光显微镜对其石墨化样品的形貌和微观结构进行表征。结果表明; C/C复合材料在沿纤维轴向的室温热扩散系数和导热率均随热处理温度的升高而逐渐增大; 由AR沥青作为基体前驱体所制备的C/C复合材料具有更加明显的沿纤维轴向取向的石墨层状结构以及最好的导热性能, 其3000℃石墨化样品沿纤维轴向的室温热扩散系数和导热率分别达到594.5 mm²/s和734.4 W/(m·K)。     

细菌纤维素/氧化铝/二氧化硅改性石墨烯复合导热膜的结构与性能

采用真空辅助抽滤方法制备了细菌纤维素(BC)/球形氧化铝粒子/改性石墨烯纳米片(SiO_2@GNPs)薄膜热界面材料,研究了球形氧化铝粒子粒径对热界面材料形态结构和导热性能的影响。结果表明,球形粒子与二维片状导热粒子复配时,可有效构筑面外方向导热通路。调节氧化铝粒子和改性石墨烯纳米片的直径比可有效调整改性石墨烯纳米片在复合薄膜中在面外方向的取向程度,从而提高复合材料的面外导热系数。随着球形氧化铝的直径从2μm增加到60μm,导热薄膜的面外导热系数从0.5 W/(m·K)提高到4.2 W/(m·K),导热系数提高了7.4倍。     

香蕉冻干过程中有效导热系数实验研究

为实现对冻干工艺的精准热控制,提高冻干产品品质,本文以香蕉为研究对象,利用稳态热流法研究了在真空环境下压强(10、30、50 Pa)和干燥温度(-20、-30℃)对香蕉切块整个冻干过程中有效导热系数的影响。借助微CT扫描,观察分析了香蕉内部的升华过程,深入探讨了冻干过程孔隙率和有效导热系数的关系。结果表明:当压强由10 Pa增至50 Pa,对应的有效导热系数由0.036 W/(m·K)增至0.072 W/(m·K);升华干燥温度由-30℃增至-20℃,对应的有效导热系数由0.084 W/(m·K)降至0.058 W/(m·K);微CT在冻干过程(30 Pa,-20℃)中,升华界面逐渐向切块中心移动,孔隙率由最初的0.059增至0.252,对应的有效导热系数由0.695 W/(m·K)减小至0.123 W/(m·K)。     

热压制备改性石墨烯-水泥基复合材料:改善微观结构、导热性能和力学性能

采用热压成型工艺制备了石墨烯-水泥基复合材料,研究了硅烷偶联剂和行星球磨时间对复合材料性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变化红外光谱(FTIR)和氮吸附比表面积测定仪等对复合材料进行了微观分析。结果显示:当偶联剂和石墨烯掺量为1%时,复合材料导热系数和抗压强度分别达到3.132 3 W/(m·K)和54.9 MPa,相较于未使用偶联剂处理的样品,分别提高了42.07%和28.87%;球磨能提高石墨烯在复合材料中的分散性,当球磨时间为0.5h、石墨烯掺量为1.5%、偶联剂含量为1%时,复合材料导热系数和抗压强度分别为3.687 2W/(m·K)和57.4MPa;微观形貌和孔结构分析表明,采用热压成型工艺制备的复合材料孔隙率更低,结构更为致密。     

高强度—中密度纳米孔树脂基防隔热复合材料的制备与性能

针对新一代航天器长时防隔热-高气动剪切的防热需求,以杂化酚醛树脂为基体、纤维布/纤维网胎逐层针刺结构为增强体,通过溶胶-凝胶工艺,制备出一种中密度-高强度-防隔热一体化的纳米孔树脂基复合材料(IPC-90),系统研究了石英纤维(QF/IPC-90)和碳纤维(CF/IPC-90)对复合材料的微观结构、力学性能、静态隔热和烧蚀性能的影响,探讨了其在低-中-高温度下的烧蚀机制。结果表明：纤维布的引入使IPC-90具有优异的力学性能(拉伸曲强度>120 MPa,弯曲强度>90 MPa);纳米孔基体和纤维网胎的引入使IPC-90在中密度(～0.95 g/cm³)下具有较低的热导率(室温热导率依次为0.089 W/(m·K)和0.120 W/(m·K))。在1 000℃静态隔热试验中,两种材料均展现了较好的热稳定性和抗氧化性,其等效热导率分别为0.142 W/(m·K)和0.186 W/(m·K)。在2 000℃以下氧-丙烷烧蚀试验中,QF/IPC-90和CF/IPC-90的烧蚀主要由基体热解、炭化收缩引起,其1 600℃下的线烧蚀率依次为0.0208 mm/s和...     

冰生消过程体系导热系数动态变化特性

本文利用基于瞬变平面热源技术的Hot Disk热常数分析仪研究了冰生消过程中导热系数的变化规律。根据体系状态的变化,冰的生消过程可以分为5个阶段:未结冰过程(纯水)、结冰过程(冰水混合)、纯冰过程、融冰过程(冰水混合)、完全融解(纯水)。实验温度从10.3℃降至-11.0℃,然后再升至10.3℃,5个阶段中测得的导热系数分别为0.592~0.669 W/(m·K)、0.603~2.284 W/(m·K)、2.019~3.106 W/(m·K)、0.611~1.945 W/(m·K)和0.596~0.598 W/(m·K)。结果表明:水结冰融冰过程中,体系导热系数发生动态变化,并且体系导热系数值可能不是纯冰或冰水混合物的导热系数;当温度接近冰点时,水或冰的结构可能改变,导致体系导热系数突变。由于冰和水的密度不同,在结冰融冰过程中体系局部微环境的冰水两相可能存在微弱的自然对流,进而影响体系的导热系数。在实际生产活动中冰的生消过程一般接连发生,考虑体系导热系数动态变化的因素,可以避免热平衡失调影响生物环境或涉冰构筑物结构性能。     

连续铝纤维制备尼龙6导热复合材料

以连续铝纤维为导热填料、尼龙6(PA6)为基体,采用挤出造粒,制备低填充、高导热、力学性能优良的导热尼龙复合材料。研究了铝纤维用量、直径、长度,与氧化铝(Al2O3)粉末复配、表面处理等因素对导热性能的影响,分析了微观结构。结果表明,铝纤维用量较高,铝纤维长度越长,复合材料导热性能越好;铝纤维用量低于4%时,改性效果8μm12μm16μm;铝纤维用量大于4%时,改性效果16μm12μm8μm;氧化铝与铝纤维无法起到协同作用,反而导致材料导热性能下降;γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)对铝纤维表面处理可以提高材料的导热性能。当铝纤维用量为10%,长度为10 mm,表面处理后,复合材料导热系数可达1.85 W/(m·K)。     

气相生长碳纤维/中间相沥青碳碳复合材料制备及性能研究

以中间相沥青(MP)为基体,气相生长碳纤维(VGCF)为增强体,通过低温热模压成型,炭化、石墨化制备了不同VGCF含量的VGCF/MP碳碳复合材料。对样品的形貌进行表征并对不同VGCF含量制得的碳碳复合材料的各项性能进行测试,探究材料微观结构与其抗弯强度、电阻率和导热系数之间的关系。结果表明:随着VGCF含量的增加,复合材料的导电性能和抗弯强度先增大后减小,当VGCF含量为50%(wt,质量分数)时,密度高达1.6g/cm3,弯曲模量达到12.0GPa,抗弯强度为77.5MPa,电阻率最低为0.59×10-5Ω·m,导热系数最大为113.87W/(m·℃)。     

碳纤维增强碳化硅三维网状多孔陶瓷复合材料的制备

以3D打印多孔PLA结构为模板,采用聚碳硅烷先驱体浸渍裂解法(PIP),在1 250℃,氩气氛围下烧结得到碳纤维增强碳化硅三维网状多孔陶瓷复合材料。采用XRD、SEM和万能力学试验机等对碳纤维增强碳化硅三维网状多孔陶瓷复合材料进行了表征。结果表明,由β-SiC和C两种晶相组成,随着3D打印件的骨架直径增大,所制备的3D-Cf/SiC多孔陶瓷复合材料的孔隙率逐渐减小,而其表观密度、骨架密度、压缩强度、导热系数逐渐增加;当3D打印件的骨架直径从1.0mm增加到2.5mm时,3D-Cf/SiC的孔径从1.0mm增加到2.5mm,孔隙率从63%增加到82%,表观密度和骨架密度分别从0.85g/cm3降低至0.45g/cm3,1.52g/cm3降低至0.92g/cm3,压缩强度从8.00 MPa降低至4.20 MPa,导热系数从2.00 W/(m·K)降低至1.20 W/(m·K)。     

电流热退火效应对碳纤维导热性能的影响

利用瞬态电热技术(TET)和电流热退火对聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)进行原位测量,基于数值模拟方法分析实验现象。研究了退火温度对PAN-CF导热性能的影响,分析了电流热退火条件下PAN-CF的石墨化与导热性能之间的关系。在PAN-CF的退火区域,导热系数随退火温度的升高而增大,最高平均导热系数为16.27 W/(m·K),是原始平均导热系数的3.45倍。电流退火存在沿纤维轴向温度分布不均匀的现象,样品在大约中点位置燃断。燃断点的温度和导热系数最大,分别为3 867 K和96.74 W/(m·K)。其中,断点导热系数比样品的平均导热系数高出6.51倍。研究表明,经电流退火后PAN-CF的石墨化程度升高,C原子的杂化效应促使材料结构缺陷密度降低,最终导致PAN-CF的导热性能提高。     

有机硅导热复合材料的制备及其性能

采用3,4-二氟苯基双环己基乙烯(ECFB)液晶对碳纳米管进行改性,将改性后的碳纳米管(MWCNTs)作为填料制备有机硅复合材料。利用液晶的取向性,在复合材料固化成型过程中施加电场力,诱使碳纳米管取向。采用FTIR、POM、TEM、导热系数测试等手段对改性碳纳米管及复合材料的形貌、结构、性能进行表征。结果表明,ECFB液晶可以改善碳纳米管在有机硅复合材料中的分散性。导热系数测试表明,当复合材料中碳纳米管的质量分数为11%时,施加电场后的ECFB-MWCNTs/有机硅复合材料导热系数达到1.5112 W/(m·K),是施加电场后的MWCNTs/有机硅复合材料的4倍多,是纯有机硅橡胶的近10倍。     

冷链物流用木基纤维保温包装材料的制备及性能的研究

目的 制备木基纤维保温包装材料,并提高它的保温性能。方法 以轻质天然木材为原料,通过化学脱木素制备木材纳米纤维多孔材料,再对木材纳米纤维多孔材料表面闭孔处理,制备出木基纤维保温材料。结果 基于瞬态平面热源法,当纤维同向平行放置时,木基纤维保温材料的导热系数为0.019 W/(m·K);当纤维异向交叉放置时,木基纤维保温材料的导热系数为0.023 W/(m·K),表明开发的这种材料有较好的保温性能。此外根据该种保温材料的缓冲系数–最大应力曲线可知,当最大静应力σ_m=0.63 MPa时,沿纤维同向平行叠放时,木基纤维保温材料的最小缓冲系数C=3.5;沿纤维异向交叉叠放时,木基纤维保温材料的最小缓冲系数C=4.2,可见保温材料的缓冲性能均与发泡聚苯乙烯(EPS)、发泡聚乙烯(EPE)的缓冲性能相近。结论 制备的轻质木基纤维保温材料兼具较好的保温和缓冲性能,有望用于冷链物流代替塑料保温包装材料。     

美国第21届双年度国际碳会议论文详细摘要题录

C:复合材料(包括纤维和G/C复合材料)均聚和衣康酸共聚PAN纤页维环化反应的动力学模拟研究L .A.Beltz等2在碳化过程中聚乙烯纤维形态、结钩的变化D .Zhang等4由蔡中间松相青制高导热J性纤维K .E .Robinson等6离子刻蚀炭纤维与单晶石墨K .E .G .Tho rp等8陶瓷涂覆炭纤维压缩强度的微观化学研究B .J .Sul 1 ivan 10炭纤维的横向热膨胀5 . 5 .Tzeng等12复合材料及炭纤维压缩回弹性测试结果分析G .J .Hayes 14沥青基炭纤维的蠕变行为K .Kogure等16沥青基炭纤维蠕变后的结构研究K .Kogure等15炭纤维氮等离子体表面处理S一S,Lin等20…     

石墨烯导热增强相变储能材料的制备及性能

为了提高复合相变储能材料的导热性能,以N,N,N-三甲基-1-十六烷基溴化铵(CTAB)改性剂,氧化石墨烯(GO)经有机化改性、还原反应制得功能化石墨烯(CTAB-RGO),并作为强化传热载体对癸酸-十二醇(CA-LA)共混物(相变储能材料)进行导热增强改性,获得新型石墨烯导热增强相变储能材料。结果表明,CTAB-RGO的加入提高了CA-LA相变复合材料的相变潜热、导热系数、热稳定性能等。添加1%CTAB-RGO复合材料的相变潜热为164.7 J/g,相对CA-LA混合物提高了22%;导热系数为高达0.94 W/(m·K),导热增强率为184%。