以中间相沥青为粘结剂的低密度高导热炭纤维网络体的研究

以中间相沥青为粘结剂, 采用500 ℃低温炭化炭纤维, 经低压模压成型、炭化和石墨化后得到低密度高导热炭纤维网络体。与以1300 ℃炭化炭纤维为原料和以酚醛为粘结剂制备的炭纤维网络体进行了比较。对粘结剂炭收率(热重分析)、样品微观形貌(扫描电子显微分析)、石墨化度及微晶尺寸(X射线衍射分析)等进行了表征。研究结果表明: 由于高炭收率和高片层取向度的中间相沥青与500 ℃低温炭化处理炭纤维共同经历后续热处理时呈现出相近的热收缩率, 因而具备良好的相互粘结性和石墨片层铆接效应, 其制备的炭纤维网络体经石墨化后密度为0.317 g?cm ^-3, 由此制备的相变复合材料的面内热导率为19.30 W·m ^-1·K ^-1, 较纯相变材料(石蜡)提升了80倍, 明显高于以1300 ℃炭化炭纤维为原料, 以中间相沥青和酚醛分别为粘结剂制备样品的面内热导率(17.03和14.47 W·m ^-1·K ^-1)。     

高导热大直径中间相沥青炭纤维的研制及结构表征

中间相沥青炭纤维由于其石墨晶体结构沿纤维轴高度择优取向,具有极高的热导。报道了高热导石墨材料开发研究的初步结果,用萘系中间相沥青制备了大直径炭纤维,并用测定炭丝电阻率的方法估算其热导系数。结果表明,尽管炭纤维的力学性能随丝径的增大而降低,但其热导率却随丝径增大而升高。     

不同形状中间相沥青炭纤维的横断面结构

在场发射扫描电子显微镜（ＦＥ－ＳＥＭ）下观察了圆形、中空、条形和Ｙ－形中间相沥青炭纤维的横断面结构,用流变学理论分析了纺丝过程中几种炭纤维结构的形成,提出中空纤维纺制时沥青流体的最大流速线在喷丝孔中心线的内侧,并根据中空炭纤维横断面的显微照片对此加以证实,用催化缩聚中间相沥青制备的条形炭纤维显示出的特殊弧形对称结构,起因于中间相沥青的流变性质和条形喷丝孔的形状设计,非圆形中间相沥青炭纤维趋向于以线     

中间相沥青基条形炭纤维的制备与性能

用石油系和萘系中间相沥青熔融纺制条形纤维，经不熔化与炭化处理后，制成条形炭纤维，条件炭纤维容易制备，纺丝时形成的分子取向度较高，较薄的壁厚降低了不熔化温度，缩短了不熔化时间，分子取向度的提高和纤维中缺陷的减少有产地改善了它的力学性能。     

喷丝板结构对中间相沥青炭纤维径向结构及性能的影响

采用不同长径比、孔径及新型结构的喷丝板制备中间相沥青炭纤维,研究了喷丝板结构对中间相沥青炭纤维径向结构及性能的影响,利用SEM和XRD对中间相沥青炭纤维的径向结构进行表征。结果表明,大的长径比与小的孔径有利于提高中间相沥青在喷丝板中流动时受到的取向作用,得到的炭纤维径向辐射结构明显,新型结构的喷丝板有效利用了挤出涨大效应,降低了取向作用,得到的中间相沥青炭纤维具有无序型径向结构。随着长径比的增加,炭纤维微晶层间距d002逐渐减小,微晶厚度Lc逐渐增加,当长径比L/D=2时,炭纤维径向结构为无劈裂的辐射型,具有更高的力学性能。     

不同晶体取向中间相沥青基带状炭纤维的制备与表征

以中间相沥青为原料, 采用不同长宽比的矩形截面喷丝板, 通过控制熔融纺丝时的收丝速率, 制得了具有不同截面尺寸和晶体取向的高定向中间相沥青基带状炭纤维, 并研究了热处理温度和喷丝孔截面尺寸对所得炭纤维结构和性能的影响。结果表明, 喷丝孔的形状和收丝速度对炭纤维的晶体取向有显著影响。当收丝速度一定时, 随着喷丝孔截面长宽比的减小, 带状炭纤维截面碳晶体层片由褶皱平行取向结构向辐射状垂直取向结构转变。随着热处理温度的升高, 所制得炭纤维的室温轴向电阻率显著减小, 热导率相应增大, 力学性能明显提高; 随着收丝速率的增大, 带状炭纤维室温轴向电阻率变化不大, 但对其力学性能有显著影响。当喷丝孔截面长宽比和纺丝速度分别为30:1和75 m/min 时, 2500℃石墨化纤维的拉伸强度和杨氏模量分别为2.53 GPa和234.77 GPa。     

中间相沥青基石墨纤维的微观结构

本文用透射电镜、X 射线衍射分析等方法观察和分析了辐射状中间相沥青基石墨纤维的显微结构。结果表明,中间相沥青基石墨纤维中同时存在着有序石墨和乱层石墨两种相。在有序石墨相中,石墨片层堆叠的有序程度较高,且在纵向沿纤维轴高度择优取向,在横向则基本上沿径向排列。有序石墨微晶一般呈略有弯曲的片状,并具有分枝结构,微晶在纵向沿纤维轴交错排列,而在横向则沿径向从芯部向表层不断延伸、分叉和交织。在乱层石墨相中,石墨片层堆叠的有序程度较差,且沿纤维轴的择优取向程度较低。乱层石墨相一般镶嵌在有序石墨微晶之间。此外,在某些地方还存在着严重的晶格畸变。     

中间相沥青纤维制备高导热炭材料的研究

利用中间相沥青纤维中沥青分子的高度择优取向和适度的热塑性热压制备高导热块体炭材料. 对比研究了经不同氧化处理的带形及圆形中间相沥青纤维热压所得炭材料的传导性及力学性能. 结果表明: 相对圆形纤维来说, 由于带形中间相纤维具有更高的纤维轴向取向度和纤维之间更高的接触面积, 故其热压所得材料具有更高的密度和传导性. 经260℃氧化的带形纤维热压所得炭材料的密度、抗弯强度、电阻率及热导率分别达到了2.18g·cm^-3、118.4MPa、1.13μΩm和717W/m·K.     

沥青基炭纤维

沥青基炭纤维是以燃料系或合成系沥青原料为前驱体，经调制、成纤、烧成处理而制成的纤维状炭材料。沥青炭纤维在２０世纪６０年代初由日本学者大谷杉郎首先研制成功，并于１９７０年由日本吴羽化学工业公司进行工业化生产。此后，由于碳质中间相的发现和“液相炭化”工艺...     

中间相沥青薄膜带的制造及结构

引言虽对中间相沥青高性能碳纤维进行了广泛的研究,但仍存在提高生成的炭纤维的性能及降低成本等许多问题。由于高性能炭纤维的物理性能极大地受到纤维截面形态及组织的影响,所以纺丝时控制其截面状态及组织是改善炭纤维物性的重要课题之一。本研究的目的是以中间相沥青为原料制造纤维截面厚度小于2μ的薄带长炭纤维,并剖析其结构及物性。为使改变生成纤维尺寸的模胀影响最小化,尽量引入低温、高压纺丝及牵伸     

高导热炭纤维及其炭基复合材料

主要介绍了国际上近十年来高导热炭纤维（CF）及其炭基复合材料发展的新动向。     

沥青原料对沥青基碳纤维结构与性能的影响

以中间相茶沥青(AR树脂)和各向同性煤沥青(ICP)为原料,系统研究了沥青原料性质与由其制备的碳纤维结构、性能之间的关系.研究表明,AR树脂中的一维有序中间相结构在纺丝中被拉伸,形成不同中间相间的界面,成为应力集中区,在后续碳化过程因应力释放导致纤维开裂而损害其力学性能;而ICP沥青基本为无定形相结构,在纺丝过程中无明...     

中间相沥青不熔化纤维自烧结制备高传导性炭材料研究

以中间相沥青为原料,通过带形截面喷丝板进行熔融纺丝,对所获中间相沥青纤维进行适度氧化处理,而后通过热压工艺将氧化中间相沥青纤维进行无黏结自烧结成型,并借助红外分析和扫描电镜等手段研究了不同最终氧化温度对带状沥青纤维的官能团变化与由其自烧结制备高导热炭材料的成型性及性能影响。结果表明:经260℃不熔化处理的中间相沥青纤维热压成型,能获得具有高密度、高抗弯强度和高传导性的新型炭材料,所制备材料的密度高达2.16 g/cm3,抗弯强度达到125.9MPa,电阻率和热导率分别达到0.56μΩm和830W/(m.K)。     

高导热炭材料的研究进展

炭材料具有高热导率、低密度、优异的机械性能,是近年来最具发展前景的一类散热材料.本文结合炭材料结构和传导机理主要介绍目前国内外在提高炭材料热导率方面的研究工作及发展趋势.     

空心锥状气相生长碳纤维的微观结构

以甲烷为碳源,硫酸亚铁为催化剂前驱体,通过化学气相沉积在石墨基板上制得了空心锥状炭纤维.采用扫描电子显微镜、X射线衍射、激光拉曼光谱、热失重等分析手段,以平直炭纤维为参照,对比研究了空心锥状炭纤维的微观结构特征.实验结果表明:空心锥状炭纤维由众多空心锥并串联而成,单个空心锥底面直径约1μm,锥高为几百nm;径向平面内三个底面直径约1μm,空心锥呈三角形紧密挟接;轴向方向相邻空心锥由单根纤维连接,形成的单束空心锥状炭纤维直径为约2～3 μm.与平直炭纤维相比,空心锥状炭纤维微观结构有序度较高,层间距较小,微晶尺寸较大.     

Paraffin/carbon aerogel phase change materials with high enthalpy and thermal conductivity

Two kinds of carbon aerogels, graphene aerogels (GA) and carbon nanotubes-graphene aerogels (CGA), were prepared by modified hydrothermal method. The form-stable phase change materials (PCMs) were fabricated by adsorbing paraffin into carbon aerogels. Morphology, structure, form stability and thermal property were characterized by scanning electron microscope (SEM), in situ X-ray diffraction (in situ XRD) and differential scanning calorimeter (DSC). The results showed that GA presented wrinkled surface textures with curling edges, and carbon nanotubes (CNTs) were interspersed or attached to GA sheets. The phase transition temperature and the phase change enthalpy of the GA/paraffin PCM composite were 48.7 °C and 223.2 J/g, respectively. Thermal and mechanical properties of PCM composites achieved a qualitative leap with the adding of carbon aerogels. The PCM composites had a thermal conductivity of about 2.182 W/m K at the carbon aerogels loading fraction of 2 wt%. The form-stable PCM composites with high thermal conductivity and high enthalpy could be promising for thermal energy storage applications in construction field.     

超临界流体制备中间相沥青泡沫炭及其导热性能研究

以奈系中间相沥青为原料,在初始压力2.0～4.0MPa的范围内,利用甲苯作为超临界溶剂制备中间相沥青基泡沫,并经氧化炭化和石墨化获得了三维网状结构的泡沫炭,利用扫描电镜、x射线衍射、激光导热测定仪分析了泡沫碳的结构和导热性能,研究了泡沫炭结构与其导热性能的关系.结果表明,不同条件下所制备得到的泡沫炭泡孔结构和孔分布的不同对导热系数影响较大,在2350℃下石墨化后导热系数达到42(W/mK).     

纤维表面处理对C/C复合材料组织与性能的影响

采用CVI涂层和400℃空气氧化技术对炭纤维进行表面处理,借助偏光显微镜(PLM)、扫描电镜(SEM)和弯曲性能测试研究了炭纤维表面处理对2D中间相沥青基炭/炭复合材料的组织结构与弯曲性能的影响.结果表明:两种表面处理的材料均具有韧性断裂特征,CVI涂层表面处理后材料的"假塑性效应"更为显著,但是其抗弯强度较低,基体炭的组织结构为具有光学活性的热解炭和中间相沥青炭的流线型、广域流线型组织,材料内部形成多层次的界面结构,在断裂破坏过程中,主要发生基体内聚破坏;400℃空气氧化表面处理的材料的基体炭的组织结构为中间相沥青炭的小域、广域流线型组织,材料在断裂破坏过程中,表现为混合破坏,即基体内聚破坏和界面粘结破坏同时发生.     

同步氢化/热缩聚法制备中间相沥青

通过同步氢化/热缩聚反应,制得中间相沥青（MP）;重点研究了四氢萘（THN）用量对MP性质的影响。研究表明THN增加,MP的软化点（SP）随之降低,H/C随之提高,不溶分随之减少;偏振光显微镜研究表明THN用量少于8%时,MP的形貌为分布不均的各向异性与各向同性两种沥青的混合物;而随着THN的增加,各向异性沥青逐渐趋于以中间相小球形态,并且较为均匀地分布到各向同性沥青基质之中。MP经保温处理后,纺丝性能得到改善,最终制得横截面呈无规结构的沥青基碳纤维。     

同步氢化/热缩聚法制备中间相沥青的工艺研究

系统地研究了在氢化剂量固定情况下,反应温度与时间对同步氢化/热缩聚法所制得的中间相沥青(MP)性质的影响,并制得了可纺MP。研究表明反应时间同为4h时,MP的软化点和不溶分含量随反应温度的提高而升高;偏光结果显示,低温产物为中间相小球和各向同性基质的混合物,高温产物为连续中间相。反应温度同为410℃时,MP软化点和不溶分含量均随反应时间的延长而显著提高,经历了从中间相小球到小球发生融并,最后形成了马赛克织构的中间相。纺丝性能测试表明,反应温度为410或420℃,反应4h制得的中间相沥青,可以熔融纺丝,经氧化和碳化后制得两组碳纤维。