碳纳米管对中间相沥青基泡沫炭热导率和力学性能的影响

利用超声分散的方法,使改性后的碳纳米管(m-CNTs)在中间相沥青中均匀分散,通过自挥发发泡法制备出不同m-CNTs含量的中间相沥青基泡沫炭。用TEM、SEM等分析方法研究了不同m-CNTs的添加量对泡沫炭结构和性能的影响。实验结果表明,与CNTs相比,m-CNTs的分散性有所提高;添加一定量的m-CNTs后,泡沫炭的平均泡孔尺寸有所减小,并且微裂纹数减少;当m-CNTs的添加量达到5%(质量分数)时,泡沫炭的热导率和压缩强度均达到最大,分别为137W/(m.K)和12.1MPa。     

基于分形理论的碳泡沫有效导热系数研究

以煤焦油基中间相沥青为原料，在一定的温度和压力条件下升温发泡，然后再经碳化、石墨化便可以制得一种高导热系数的多孔材料——碳泡沫。应用分形理论讨论了这种新型多孔材料的导热特性，推导出了碳泡沫的面积分形维数，并在此基础上建立了石墨化碳泡沫材料的导热模型，采用热阻法导出了石墨化碳泡沫材料的等效导热系数的关系式，计算出了碳泡沫的有效导热系数，计算结果与碳泡沫样品的实测值基本一致，这种方法为更好地利用其优良的导热性能提供了理论基础。     

碳泡沫吸波性能的研究

制备了具有三维网络结构的泡沫碳材料并研究了其吸波性能。结果表明：碳泡沫的电导率随着其热解温度的提高而增加。碳泡沫的电导率对其吸波性能有重要影响。随着电导率从0．02S／cm提高到1．03S／cm，碳泡沫对入射电磁波从透波为主转变为反射为主，吸波性能先逐渐变好，然后又逐渐变差。对于1.0mm网孔尺寸、30％体积分数和15mm厚度的碳泡沫来说，电导率为0．46S／cm时具有最佳的吸波性能，在4～15GHz整个频段上的反射率均在-6dB以下，体现了宽频带的吸收特征。碳泡沫的网孔尺寸、体积分数和厚度均对其吸波性能有一定影响。     

碳包覆纳米铜颗粒/硫化硅橡胶导热复合材料的制备及性能

选用实验室自制的碳包覆纳米铜颗粒(Cu@C)为导热填料,以α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷为基体,采用机械共混法制备了碳包覆纳米铜颗粒/室温硫化(Cu@C/RTV)硅橡胶导热复合材料。通过透射电子显微镜、BET法、热导率测试仪、热重分析仪、万能材料试验机及邵氏硬度计等方法和手段,完成Cu@C纳米颗粒填料的微观形貌分析和比表面积测定,并研究了Cu@C填料在低填充量下(30%)(质量分数,下同)对于Cu@C/RTV硅橡胶导复合材料热导率、热稳定性及力学性能的影响。结果表明,Cu@C纳米颗粒为球形、包覆型核壳结构,平均粒径在50 nm左右,其比表面积为69.66 m2/g。Cu@C/RTV硅橡胶导热复合材料的热导率随着Cu@C纳米颗粒填充量的增加而增大;填充量为30%时,复合材料的热导率可达2.41 W/m K;加入Cu@C纳米颗粒填料能够将RTV硅橡胶的热分解起始温度提高到422℃,并延缓其最终分解温度至625℃;随着Cu@C/RTV硅橡胶导热复合材料中Cu@C纳米颗粒填充量的增加,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率呈下降趋势,而100%定伸应力和硬度则呈增大趋势。     

闭孔碳微球泡沫材料制备工艺与性能研究

依据微胶囊化原理,用热固性线型酚醛树脂制得微胶囊,加热去除囊芯后用作先驱体,在N2保护下进行900~1100℃的碳化处理得到具有无定型碳结构的闭孔碳微球,然后在Ar气保护下进行2100~2600℃的石墨化处理,得到具有石墨结构的闭孔微球碳泡沫材料。该材料的导热系数在5W/m.K左右,是一种理想的耐高温隔热泡沫材料。     

混杂碳/碳复合材料超高温力学性能实验研究

利用快速通电加热测试技术,模拟混杂碳/碳复合材料的超高温工作环境,测试了材料不同温度下的拉伸、压缩力学性能,得到了材料的拉伸、压缩强度与模量随温度的变化规律,并给出了相应的拟合曲线。结果表明:材料的强度和模量在一定范围内随温度的升高而增加,在2000 K~2400 K之间达到最大值,当温度超过2700 K后迅速下降。材料轴向的拉伸、压缩性能随温度的变化较横向缓慢,强度的变化范围较模量的小。     

三元乙丙橡胶/乙烯基硅橡胶泡沫材料的力学性能与摩擦性能研究

研究了三元乙丙橡胶/乙烯基硅橡胶泡沫材料的力学性能,并表征了泡沫的摩擦性能。实验结果表明,随着乙烯基硅橡胶的含量增加,泡沫材料的硬度、拉伸强度和压缩模量呈下降的趋势,而静摩擦系数先下降后轻微上升;随着正压力和温度的升高,橡胶泡沫材料的静摩擦系数逐渐减小;随着硫化剂用量的减小和操作油用量的增加,橡胶泡沫的静摩擦系数上升。     

密胺泡沫的制备改性及性能研究

密胺(MF)泡沫具有优异的本征阻燃性能,燃烧时火焰易自熄且不产生流滴,用于保温、吸声等材料具有广阔的前景,但是较大的脆性限制了其广泛的应用。文章探讨了不同发泡方式下泡沫的形貌特征及力学性能差异,不同发泡剂对泡沫形貌的影响,并讨论了韧性较强的聚乙烯醇(PVA)的引入对泡沫性能的影响,并对其阻燃、力学及导热性能等通过极限氧指数(LOI)、压缩和热导率进行了测试分析。     

泡沫硅橡胶动态力学性能的实验研究

泡沫硅橡胶在缓冲减振方面有独特的优良性能,但由于它是一种柔性材料,波速和波阻抗均极低,因此实验研究其动态力学性能具有很大困难,本文首次实现了利用霍普金森压杆技术对泡沫硅橡胶作冲击压缩实验,得到了高应变率下的应力￣应变曲线,结果表明,该材料具有强烈的应变率敏感性。     

芳香族聚酰亚胺泡沫的隔热性能研究

利用DMTA和自制热导测试仪测试了4种自制芳香族聚酰亚胺泡沫的玻璃化转变温度(Tg )、静态温度下的热导率(λ)和动态温度作用下的隔热性能;分析了一定厚度的聚酰亚胺泡沫的密度和温度影响热导率的规律;考察了聚酰亚胺泡沫在动态温度下的隔热性能.结果表明:单体(尤其是二胺)刚性越大,聚酰亚胺泡沫的玻璃化转变温度越高;在密度为50～140kg/m3范围内,聚酰亚胺泡沫的密度对热导率的影响较小;在温度为50～350℃范围内,温度的升高使聚酰亚胺泡沫的热导率增加;在动态温度下,聚酰亚胺泡沫表现出明显的热滞后性.     

闭孔泡沫铝的力学性能和吸能能力

在闭孔泡沫铝准静态压缩试验的基础上,研究了其力学性能、吸能能力.结果表明,闭孔泡沫铝单轴压缩应力-应变曲线呈现践弹性变形、塑性平台阶段、致密化阶段3个阶段;闭孔泡沫铝的压缩强度、吸能能力随着孔隙率的增大而减小,采用Gibson-Ashby模型分析闭孔泡沫铝的压缩屈服强度,吻合良好.并在此基础上,提出可供工程使用的多孔泡沫金属吸能能力公式,为其工程应用提供理论支持.     

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.     

运用分形方法预测石墨化碳泡沫方向导热系数

石墨化碳泡沫是高导热系数材料,具有方向导热性能,垂直发泡方向(xy平面)和沿发泡方向(垂直xy平面)的导热系数有明显的差异.应用分形方法通过确定碳泡沫的泡孔结构的分形维数,结合泡孔热阻单元,分析了石墨化碳泡沫的导热特性,推导出了碳泡沫的方向导热模型.计算结果与文献中石墨化碳泡沫样品的实测值基本一致,该方法为更好地利用其优良的方向导热性能提供了理论基础.     

热处理温度对热解炭及炭/炭复合材料力学性能的影响

以丙烷为气源,采用等温等压化学气相渗透技术制备了炭/炭复合材料,利用X射线衍射、偏光显微镜、扫描电镜、纳米压痕仪、三点弯曲法研究了热处理温度对热解炭以及炭/炭复合材料微观结构和力学性能的影响.微观结构观察显示随着热处理温度的升高,热解炭层间距减小,同时石墨化度提高;由于发生了局部应力石墨化,热解炭出现同心微裂纹,并且随热处理温度的升高裂纹的数量和宽度增加.纳米压痕测试表明,热解炭的纳米压痕行为是完全的弹性形变,完全卸载后热解炭表面没有残余压痕,但加载和卸载曲线没有重合而是存在一定的能量耗散,随着热处理温度的升高,热解炭的弹性模量增大.热处理后纤维强度降低,并且纤维与基体炭界面脱离,导致炭/炭复合材料的弯曲强度和模量下降.     

煤基碳泡沫综述

概述了煤基碳泡沫的发展概况。阐述了煤基碳泡沫的制备方法和应用,分析了RVC碳泡沫、中间相沥青基碳泡沫和煤基碳泡沫的结构和性能特点,并且展望了煤基碳泡沫的潜在应用和研究方向。     

纳米碳管对泡沫炭的超临界发泡行为及其力学性能的影响机制

采用超声波?磁力搅拌的方法, 实现了纳米碳管(CNTs)在中间相沥青(MP)中的均匀分散, 并考察了CNTs对泡沫炭的超临界发泡行为及其压缩强度的影响. 研究结果表明: 在超临界发泡过程中, 处于过饱和状态的甲苯将优先在CNTs/MP固-液界面处成核, 进而不断扩散、聚集、膨胀和发泡, 导致泡沫炭孔结构的均一性得以提高; 当在中间相沥青中均匀分散3.5wt%的CNTs后, 所制泡沫炭的压缩强度由3.2MPa提高到4.7MPa, 升高了46.9%; CNTs良好的导热性能降低了基体碳在石墨化过程中的热应力差异, 使得微裂纹的数量减少, 并且其一维纳米结构使得石墨化泡沫炭的孔壁和韧带结构得以增强.     

双基体炭/炭复合材料的微观结构与力学性能

借助偏光显微镜、扫描电镜,透射电镜以及力学性能测试研究了微观结构对双基体炭/炭复合材料力学性能的影响.结果表明:基体炭在偏光显微镜下呈现光学各向异性,材料内部形成多层次的界面结构,热解炭呈现"皱褶状"片层结构,中间相沥青炭呈现片层条带状结构,基体炭片层的走向基本上平行于纤维轴向.材料受载破坏时裂纹通过改变扩展路径而延缓其扩展速度,在纤维-基体界面处以及基体炭片层之间引起滑移,在断口形貌上体现出锯齿状的断裂形式,材料具有韧性断裂的特征,抗弯强度最高可达223MPa.