Oxidation Resistance of Isotropic Pitch-based Carbon Fiber

The oxidation resistance of isotropic pitch-based carbon fibers are sudied by thermogravimetric analysis,scanning electron microscope and mechanical propefties measure. The change of weight loss,microtextule and mechanical properties on condition of thermostatical oxidation and nonisothermal oxidation are separately mainly discussed.The results during isothermic oxidation at 316℃ showed that the weight loss of isotropic pitch-based carbon fiber increased and the strength, module rapidly decreased with prolongation of time, but the surface of carbon fiber is smoother and has not surface such as etching pits etc. The weight of isotropic pitch-based carbon fiber decreased more rapidly during the experiment of thermo-variable weight loss after 500℃ than before 500℃.

沥青基碳纤维的制备工艺、反应机理及调控方法

沥青基碳纤维是重要的工程碳纤维之一,在航空航天、国防军工等领域具有广泛应用。沥青基碳纤维制备流程长、影响因素多,归咎于对其制备工艺、反应机理及调控方法的认识不足,迄今工业化生产强度性能优异的沥青基碳纤维仍面临诸多困难。以碳纤维生产流程为主线,针对原料预处理、沥青前驱体调制、熔融纺丝、预氧化及炭化与石墨化的现状、方法、机理及调控进行深入探讨分析。沥青基碳纤维的原料有煤系、石油系、生物质系、高分子系和纯化合物,原料预处理方法主要有蒸馏和萃取;沥青前驱体的调制本质是以氢转移反应和自由基反应并行的液相炭化反应,包括环化、芳构化、低聚和缩聚等复杂的反应过程。芳烃低聚物在高温下缩聚形成稠环芳烃片状大分子的基本结构单元,基本结构单元经过热运动不断聚集,形成聚集体;由于范德华力作用使基本结构单元相互堆叠,形成平行堆积体,进而通过层积、堆积等过程形成基本构筑单元聚集体。基本构筑单元聚集体在不同反应条件下可以转变为长程无序、短程有序的难石墨化结构,也可以转变为长程有序、短程有序的易石墨化结构。以煤系、石油系和生物质系物质为原料调制沥青前驱体时,因其反应活性好,通常选用设备简单、操作容易、成本低廉的热缩聚法;而当以萘、甲基萘等纯化合物为原料时,因其反应活性差,需要较高的温度才能引发自由基反应,故通常采用催化合成法。熔融纺丝宏观上起到塑型的作用,通过改变纺丝参数和喷丝板的形状分别可以调节碳纤维的直径和形状;此外,熔融纺丝对中间相沥青前驱体的重排分子作用尤为明显,使得石墨微晶更易沿轴向一维排列形成有序的石墨晶体结构。为使沥青纤维在炭化过程中不发生融化,需要将沥青纤维由热塑性转变为热固性,即通过轻微的氧化反应,让沥青中的稠环芳烃分子经历氧化、缩合、分解和脱水,从而形成特定的交联结构,最终在纤维结构中生成一定量的含氧官能团。炭化是使预氧化后的纤维经过复杂的化学反应和结构转变形成具有炭材料分子结构特征的碳纤维。炭化过程中,石墨微晶发生重排,非碳原子被移除,碳元素含量进一步升高;经过石墨化后,石墨晶体结构更加完整、取向度更高,使碳纤维向石墨纤维转变,强度性能更加优异。另外,针对沥青基碳纤维的突破方向,提出了从分子维度定向可控制备的思路;并为碳纤维生产过程中耗时耗能的预氧化步骤的优化改进提供了具体方法。

可纺中间相沥青的研究进展

随着我国航空航天和电子等行业的快速发展,高性能沥青基碳纤维因其高模量和高导热等优异性能而受到广泛关注。其中,中间相沥青的制备是高性能沥青基碳纤维制备的首要环节,但因沥青组成结构复杂、杂原子较多、合成的中间相沥青产品性能不均一等因素限制,我国纺丝级中间相沥青量产化仍未实现,严重制约了相关产业的发展。本文综述了中间相沥青的形成过程和性质,对比了煤、石油、萘三种沥青原料的组成和分子结构,阐述了原料沥青中复杂成分对中间相沥青形成过程的影响以及常见的预处理方法,并对预处理方法的优缺点进行了比较,分析了直接热缩聚法、溶剂分离法、加氢改性法、催化改性法、共碳法以及其他方法的制备过程及其优缺点,并对中间相沥青形成过程中的影响因素进行了归纳总结。最后展望了中间相沥青的发展前景,针对目前的瓶颈问题提出了建议。研究者应从沥青原料出发,探究原料分子结构和工艺条件对中间相沥青结构的影响规律并阐明其机理。

中间相沥青基碳纤维的制备工艺及应用

中间相沥青基碳纤维是以中间相沥青为前驱体,经过熔融纺丝、预氧化、炭化过程制备而来,以其高模量、高导热等优越性能,在航空航天、电工电子等领域有着广泛的应用,作为一种军民两用的高性能材料,具有广阔的发展前景。本文主要介绍了中间相沥青基碳纤维的制备方法、国内外发展现状及应用领域,同时阐明了我国高性能中间相沥青基碳纤维面临的挑战。

高导热沥青基碳纤维复合材料在航天器中的应用现状及展望

随着新一代航天器不断朝着超大型化、微小型化、高效能化方向发展,航天器对轻质高强高模高导热材料的需求日益迫切。相比传统的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维,高导热沥青基碳纤维具有超高的热导率、更高的拉伸模量以及更低的热膨胀系数,是实现承载/传热/热尺寸稳定性功能一体化的理想材料,在航天领域得到了重要应用并展现出巨大应用前景。本文介绍了高导热沥青基碳纤维及其复合材料的性能特点、发展现状以及在航天器中的应用现状,重点从航天器热管理结构、热防护结构、高尺寸稳定性结构、多功能结构、电子设备外壳等方面综述了其应用现状,最后对高导热沥青基碳纤维复合材料的发展及应用前景进行了展望。

双功能活化制备沥青基硬炭用于钠离子电池负极

硬炭作为钠离子电池(SIBs)最具有应用前景的负极材料,其形貌的可控调节和结构优化被广泛研究和关注。以煤沥青为原料,采用柠檬酸钾(C_(6)H_(5)K_(3)O_(7)·H_(2)O)作为双功能活化剂:(1)气体分解产物可消耗过量的氢,实现沥青的固态热解,阻碍有序微晶的生成;(2)固态分解产物钾盐进行活化造孔,从而在高温碳化过程中形成丰富的封闭纳米孔。基于此,成功制备了具有高度无序、多孔片状结构的沥青基硬炭材料,并应用于SIBs负极,探究其电化学性能。研究发现,通过调控活化剂用量可以实现沥青基硬炭微观结构的优化,在适宜质量比条件下制备的硬炭(HC-2-1300)首次库仑效率高达81.5%,在0.1 A·g^(-1)的电流密度下,其可逆比容量为214.2 mAh·g^(-1),明显优于直接碳化的样品(DC-1300)。同时,在5 A·g^(-1)的高电流密度下,HC-2-1300样品仍有116.7 mAh·g^(-1)的可逆比容量,且在1 A·g^(-1)电流密度下充放电循环2000圈后,容量保持率达75.1%,显现出优异的倍率性能和循环稳定性,具有广阔的应用前景。

Preparation and Morphological Study of Coal-tar-based Carbon Foam

为制作煤焦油沥青的一个新奇过程发源碳泡沫被介绍。煤焦油基于 mesophase 沥青被红外线的光谱和宽角度 X 光检查衍射描绘。扫描电子显微镜被用于碳泡沫的词法学习。结果证明沥青与 300 的毛孔起泡沫 - 500 m 和 0.2 的低密度 - 0.5 g/cm-3 能成功地被制作并且进一步使碳化并且获得新奇的碳泡沫的 graphtized。

沥青基超交联聚合物的制备及其VOCs吸附性能

以沥青为原料,二氯甲烷(DCM)为溶剂和交联剂,无水三氯化铝为催化剂,通过改变交联剂用量制备出一系列沥青基超交联聚合物(HCPs)(HCP-1、HCP-2、HCP-3、HCP-4和HCP-5)。用FTIR、N2吸附-脱附、SEM和TGA对HCPs进行了结构表征。结果表明,DCM与沥青成功交联,制得的HCPs的最高比表面积为467m^(2)/g,孔道以介孔为主,HCPs热稳定性较高。静态吸附实验表明,HCPs对含芳环类、酯类、醇类挥发性有机物均有较好的吸附性能。其中,对邻二甲苯吸附量最高,为437.89 mg/g,对甲醇吸附量最小,为190.48 mg/g。由0.3091 g沥青和30 mL DCM制得的HCP-4对邻二甲苯进行4次循环吸附实验,其对邻二甲苯的吸附量为新鲜HCP-4吸附量的91.51%。

沥青基碳纤维的制备与应用研究进展

沥青基碳纤维具有高热传导能力和高模量优势,用其制备的高性能沥青基碳纤维复合材料广泛应用于军工和航空航天领域。综述了沥青基碳纤维的制备工艺以及应用现状,展望了沥青基碳纤维未来的发展趋势。

萘系中间相沥青分子结构对其炭纤维性能的影响

中间相沥青基炭纤维因具有高模量、低电阻率、高导热等特性,在许多领域有广阔的应用前景。本文分别以采用HF/BF3催化萘一步法制备的中间相沥青(AR-MP)和采用AlCl3催化萘两步法制备的中间相沥青(N-MP)为原料,制备了高性能炭纤维。通过元素分析、TG-MS、FT-IR、13C-NMR、MALDI-TOF-MS、XRD和SEM等手段对上述沥青和纤维进行了分析表征,对比了不同催化聚合工艺制备的中间相沥青的分子结构和性能,并进一步探究了中间相沥青分子结构差异对其炭纤维结构和性能的影响。结果表明:AR-MP分子构型偏向于半刚性的棒状,含有更多的环烷结构和甲基侧链,其预氧化后的纤维显示出更好的碳平面取向,使其石墨化纤维具有更好的热导率(716 W/m·K);而N-MP分子构型偏向于刚性的圆盘状、芳香度高,其纤维在后续热处理过程中产生的缺陷更少,石墨化后具有更大的拉伸强度(3.47 GPa)。

高性能沥青基碳纤维发展现状及制备工艺

碳纤维作为我国关键战略材料的重要一部分,是国家实施重大战略及发展高端装备的重要物质基础,在各个领域应用广泛、作用突出。系统介绍了高性能沥青基碳纤维的国内外发展现状、发展趋势以及制备方法与应用现状,并对未来的发展与即将面对的挑战与机遇进行概述。

中间相沥青基碳纤维原丝用油剂的研究现状

碳纤维已在众多领域发挥着越来越重要的作用,质量是其应用的保障,碳纤维原丝用油剂则是其中一个极其重要的质量把控点。经过多年的努力,我国中间相沥青基碳纤维已处于工程化开发进程中,因此亟需专用油剂以保障碳纤维产品的性能与质量。对国内外沥青基碳纤维原丝专用油剂的研究情况进行了总结和分析,具体涉及油剂分类、成分及其功能,以及上油工艺等,重点讨论了油剂成分及上油工艺的改进情况,并对我国中间相沥青纤维油剂今后的研发方向进行了探讨,以期为本行业的研究人员提供一定的帮助。

高导热沥青基碳纤维及热疏导C/SiC-ZrC复合材料的微观结构与导热性能研究

为了满足航空航天飞行器热结构部件对材料的耐温需求,需要提高陶瓷基复合材料的导热性能。传统聚丙烯腈基碳纤维增强C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料在室温至1600℃范围内的热导率仅为8~18 W/(m·K)。采用高导热中间相沥青基碳纤维作为增强体和导热通道,制备出热疏导C/SiC-ZrC陶瓷基复合材料。该复合材料在宽温域范围内具有显著的高导热特性,当纤维体积分数约为60%时,沥青基碳纤维增强陶瓷基复合材料的室温热导率达到717 W/(m·K),随着温度升高,热导率逐渐降低,在1600℃时降低至140.1 W/(m·K),这种变化趋势主要是由于沥青基碳纤维在高温下声子热传导减弱导致的。

沥青基活性碳纤维研究──（Ⅱ）沥青纤维的碳化及活化

研究了沥青不熔化纤维的碳化、活化规律，分析讨论了各因素对沥青基活性碳纤维成型过程的影响。结果表明，要获得较高比表面积的活性碳纤维，不熔化纤维氧化增重应适当，碳化温度宜在７５０～８００℃，获得较大无定形碳的碳纤维。活化温度、活化时间、活化剂浓度也为影响沥青基活性碳纤维比表面积的主要因素。

沥青基球状活性炭的医用性能评价

表征了沥青基球状活性炭的基本结构参数 (如比表面积、孔容量、球形度、强度、重金属含量等 ) ,测定了其对血液中典型中、小毒性分子的吸附性能 (肌酐和VB1 2 )和溶血反应率 ,分析了以沥青基球状活性炭为吸附剂的人工炭肾的微粒释放量、热源和细菌含量 ,并进行临床试验。结果表明 :沥青基球状活性炭球形度好 ,强度高 ,具有良好的广谱吸附性能 ,对血液中典型的中、小毒性分子吸附能力强 ,重金属含量低 ,溶血率低 ,微粒释放量少 ,无热源、无菌 ,血液灌流临床试验效果满意 。

高产碳沥青的制备和性能研究

研究了硫化沥青的组成和结构与其产碳率、流变性能和热稳定性能的关系． 结果表明， 硫化法调制煤沥青在软化点１７０℃～２００℃范围内， 产碳率高， 热稳定性好， 是较理想的浸渍剂．

沥青基球形活性炭对CO_2的吸脱附行为研究

考察了沥青基球形活性炭(PSAC)的孔结构与CO2吸附容量间的内在关系及其脱附性能.采用N2吸附法分析PSAC的孔结构,由穿透曲线测试其对CO2的平衡吸附量.实验结果表明:在CO2/N2混合气氛下,活性炭对CO2的吸附容量与孔径小于1nm的微孔比表面积呈线性关系;当PSAC担载5%的三聚氰胺后,对CO2(15%)的平衡吸附量由0.91mmol/g增加到1.15mmol/g,提高了26.3%;采用抽真空脱附时,循环脱附效率为74.6%,而电解吸-抽真空耦合脱附工艺可使CO2的循环脱附效率接近100%.

沥青基纳米球状炭的制备与表征

以中温煤沥青为原料,硝硫混酸为氧化剂,首先制备出水性中间相沥青AMP,然后在硅油与AMP形成的油包水乳液中,采用炭基溶胶-凝胶法制备沥青基纳米球状炭。利用FT-IR、TG、TEM和XRD等分析方法,对AMP、炭原粉及沥青基球状炭进行表征。结果表明:在制备AMP的过程中主要发生硝化、氧化和磺化反应,炭化制备纳米球状炭过程中硝基、羟基、羧基、磺酸基等官能团分解脱除;炭原粉的热解过程主要包含3个阶段,即脱水、脱除官能团和炭骨架的重排;所得沥青基纳米球状炭的球形度为95.9%,粒径集中在50 nm左右;球状炭的d002=0.348 0 nm,球体为乱层石墨结构。

沥青基球状活性炭对几种生理分子的吸附性能

考察了具有不同BET比表面积及不同孔结构的沥青基球状活性炭(PSAC)对溶液中尿毒症分子肌酐、有益分子α-淀粉酶和脂肪酶的吸附行为,测定了PSAC对肌酐的吸附等温线及吸附速度曲线,并根据Freundlich等温线方程对肌酐吸附等温线数据进行处理,检验了实验数据与方程的吻合度,确定了方程参数。结果表明PSAC对α-淀粉酶及脂肪酶吸附选择性差,对肌酐的吸附选择性好。PSAC对肌酐分子的吸附平衡容量取决于溶液浓度、孔径和比表面积;吸附速率随孔径增大而增加。PSAC对α-淀粉酶及脂肪酶的吸附选择性取决于PSAC的孔结构,孔越大吸附选择性越好。因此,评价PSAC吸附性能时需要考虑比表面积、孔结构及吸附质分子的特性。

合成条件对萘沥青树脂黏结性能的影响

以萘为单体,苯甲醛为交联剂,浓硫酸为催化剂,合成了与石墨等炭材料有优良黏结性的萘沥青树脂。实验研究了各因素对萘沥青树脂的软化点、残炭率以及黏结指数等黏结性能的影响。结果表明:萘与苯甲醛适宜的物质的量比为1∶1.0～1.5、适宜的浓硫酸用量为6%～10%(质量分数);缩聚反应温度120～170℃,且反应温度越高,所需反应时间就越短;增加氮气流量能提高缩聚反应速率。在此条件下,合成的萘沥青树脂的软化点26～163℃、残炭率26.8%～59.5%、黏结指数30.5～98.0,收率80%左右。