高导热中间相沥青基炭纤维的微观结构分析

中间相沥青基炭纤维具有低电阻、高导热特性,是目前最具发展前景的功能型导热、散热材料,但是国内对其微观结构和性能的研究报道较少。对国外高导热中间相沥青基炭纤维的微观结构和形貌进行了分析,同时将实验室研发的不同截面形状中间相沥青基炭纤维进行比较。研究结果表明中间相沥青基炭纤维具有的高导热特性源于其内部三维有序堆积的类石墨层状结构和较为完整生长的石墨晶体。热处理温度越高,其类石墨晶体生长越完善,层片取向程度越高。与圆形截面辐射状结构中间相沥青炭纤维相比,带状截面炭纤维有效解决了劈裂问题,其石墨片层间距为0.337nm,层片堆积高度达到26.77nm,轴向热导率高于800W/(m.K)。

单根沥青基炭纤维热导率的温度特性研究(英文)

采用"T"形法测量了温度100K^400K范围内单根沥青基炭纤维的热导率。结果表明,在300K以下,由于边界散射的影响,炭纤维热导率随着温度升高而增大,350K左右渐趋于饱和,对应热导率约为800W/(m.K),400K附近热导率又增大至920W/(m.K)。在不改变接触点的前提下,通过测量同一根纤维不同长度对应的热导率,估计了炭纤维与热线节点处的接触热阻,并讨论了不同温度下辐射对热导率测量的影响,最后得到热导率的测量不确定度在±13%以内。

高温处理对中间相沥青基炭纤维结构与热导率的影响（英文）

采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱仪(Raman)及X射线衍射仪(XRD)考察了中间相沥青基炭纤维在不同热处理温度下的结构及形貌变化,并采用3ω法对经不同温度处理后的纤维热导率进行了表征。结果表明,中间相沥青基炭纤维的石墨化度与热导率随着热处理温度的升高而增大,经3000℃处理后纤维的热导率最高可达518W/m·K。此外,还探讨了中间相沥青基炭纤维结构、热导率及热处理温度之间的相互关系,发现中间相沥青炭纤维的石墨化过程存在3个阶段,在不同温度区间内分别对应石墨微晶的生长和取向。

废旧有机纤维丝和沥青基炭纤维制备ACF的性能研究

本文从原料上着手,用水作为活化剂,以废旧有机纤维丝和沥青基炭纤维来制备活性炭纤维,完后对二者性能进行比较。经对比发现,二者在收率和饱和吸附量上基本相当;通过XRD的分析和SEM观察,,描述了制备的活性炭纤维晶体结构和表面形貌,但是前者却节省很大原料成本,另外对废弃物的处理也做出新的尝试。

大直径沥青基炭纤维/ABS树脂高导热复合材料的制备与表征

将大直径中间相沥青基石墨化纤维定向排列后与ABS(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物)树脂通过热压成型,制备出单向炭纤维ABS树脂基复合材料。借助X射线衍射、扫描电子显微镜和偏光显微镜等手段对炭纤维及其树脂基复合材料的晶体结构、形貌和光学织构进行表征,并研究纤维石墨化温度及体积分数对其复合材料导热性能的影响。结果表明,复合材料沿炭纤维轴向和径向显示出差异;复合材料沿纤维轴向的室温热扩散系数随纤维石墨化温度和体积分数的增加而增大。

炭化对沥青基炭纤维活化性能的影响

以沥青基炭纤维(PCF)为原料,H2O、CO2为活化剂,采用直接活化和炭化-活化两种不同工艺制备活性炭纤维。经对比发现,采用炭化-活化法制备的沥青基活性炭纤维(PACF)在比表面积、吸附性能和收率等方面均比直接活化法制备的PACF有明显提高。

上浆对单丝沥青基炭纤维／环氧树脂复合材料界面性能的影响

采用酚醛树脂溶液上浆剂对沥青基炭纤维进行上浆处理,并以环氧树脂为基体制备单丝沥青基碳纤维/环氧树脂复合材料,通过单丝碎裂法试验、扫描电镜和热重分析等研究了上浆前后炭纤维的表面形貌及其复合材料的界面性能,以及断裂长度与界面剪切强度的关系。结果表明:上浆剂浓度适当时可提高其界面性能,当质量分数在1%左右时,上浆较均匀,复合材料的界面剪切强度最高,为38.86MPa;炭纤维最大概率的断裂长度区间越小或最大概率的断裂长度越小时,复合材料的界面剪切强度越高。

沥青基炭纤维预氧化研究

主要介绍沥青基炭纤维不熔化的目的、不熔化的原理、不熔化程度分析方法,及相关设备的原理及设计规则,通过实验得出的数据比较当前所用不熔化设备的性能优劣性,从而对不熔化炉后续设计提供相关的数据支持。

沥青基炭纤维的制备及应用研究进展

沥青基炭纤维是以沥青为原料制备的炭纤维,具有高模量、高导热、耐腐蚀、耐高温等优异性能,作为战略性新材料,在航空航天、军工和工业等领域应用广泛。本文介绍了通用级和高性能沥青基炭纤维的性能,阐述了沥青基炭纤维制备方法的研究进展,并综述了沥青基炭纤维的产业化发展情况和应用研究进展。

沥青基炭纤维气-液混合不熔化工艺的研究

常用的沥青基炭纤维空气不熔化工艺耗费时间比较长,一定程度上增加了制作成本。为了提高沥青基炭纤维不熔化工艺效率,采用硝酸和空气氧化法复合工艺对沥青基纤维进行交联不熔化处理。该工艺吸取了硝酸氧化速度快的优点,又保留了气相氧化法微观结构好的优势。结果表明,在5%硝酸氧化25 min后继续采用空气氧化达到沥青基纤维的不熔化,进一步炭化所得的沥青基炭纤维比单纯空气氧化法得到的炭纤维性能高,同时整个不熔化时间有所减少,提高了不熔化生产效率。

沥青基炭纤维制备方法研究进展

沥青基炭纤维以沥青为原料,经调制、纺丝、不熔化、炭化或石墨化制得,具有高强度、高模量、耐超高温、耐腐蚀、耐冲击、低热膨胀、导电和导热等优异性能,是航空航天、国防工业中不可或缺的工程材料。本文介绍了通用级沥青基和中间相沥青基炭纤维制备方法的研究进展,深入阐述了炭纤维的反应条件对其性能的影响,并进一步对其在工业上的应用前景做出了展望。

通用型沥青基炭纤维的发展和应用

通用型沥青基炭纤维由于其原料来源充足,价格低廉,生产成本低,近年来引起了许多研究者的兴趣。其前驱体各向同性沥青主要来源于石油化工和煤化工行业的副产品。通用型沥青基炭纤维主要的制备过程包括各向同性沥青经纯化调制、纺丝、预氧化、炭化、表面处理等。在此背景下,本文主要对通用型沥青基炭纤维的发展简史和其制备方法进行了简要介绍,并对其应用前景进行了展望。

煤沥青基炭纤维原丝和预氧化丝的热转化动力学研究

采用TG/DTG法对煤沥青基炭纤维原丝和预氧化丝的热转化进行了研究。选用Freeman-Carroll动力学模型进行了非等温微分计算,计算结果表明煤沥青炭纤维原丝和预氧化丝在350～420℃的反应活化能分别为17.77 kJ/mol和33.65 kJ/mol,在同一温度下预氧化丝反应速率受温度的影响程度比原丝大。在热转化温度区间内原丝的热转化反应为1级反应,预氧化丝的热转化反应为较复杂的1.4级反应。

通用型沥青基炭纤维纺丝工艺的优化研究

以软化点为294℃、喹啉不溶物为28.35%的各向同性沥青为原料,以通用型沥青基炭纤维的丝径与抗拉强度为评价指标,选择原丝制备过程中的纺丝温度、纺丝压力和拉伸速率工艺参数,运用三元二次回归正交设计对纺丝工艺进行优化组合,探究了最佳的纺丝工艺条件。研究结果表明,纺丝温度及纺丝压力对炭纤维丝径与抗拉强度的显著性影响大于拉伸速率的显著性影响。在纺丝温度为383℃、纺丝压力为0.26 MPa、拉伸速率为319 m/min的条件下进行熔融纺丝,将纺制的原丝经过预氧化和炭化处理后,获得的炭纤维丝径为15.6μm,其抗拉强度达到631 MPa。

中间相沥青基炭纤维在CO_2中氧化特性的研究

通过热重分析仪(TG)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectra)以及扫描电镜(SEM)等检测方法探索了不同炭化温度的中间相沥青基炭纤维在CO_2中的氧化特性。结果表明,在恒温氧化阶段,炭纤维失重率与氧化时间呈线性关系,较高炭化温度处理的中间相沥青基炭纤维,由于其较好的石墨微晶结构,抗氧化性能较好。炭纤维在CO_2中氧化烧蚀,会导致纤维表面形貌发生变化,随着反应进行,氧化反应向纤维内部扩散。在相同氧化条件下,炭化温度较高的炭纤维保持形貌能力更强。

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。

大直径中间相沥青基炭纤维的制备研究

以萘系中间相沥青为原料,通过熔融纺丝和随后的预氧化、炭化以及石墨化处理制备了中间相沥青基圆形炭纤维.研究了热处理温度对纤维导电性能和力学性能的影响,并采用红外光谱仪、元素分析仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对纤维的组成、形貌和微观结构进行了表征.研究结果表明：纤维在预氧化时形成的羟基、酰基等含氧官能团在随后的炭化、石墨化处理过程中消失；随热处理温度的升高,石墨微晶逐渐发育、长大,并沿纤维轴向高度取向,纤维的电阻率不断降低,力学性能不断增强；3 000℃石墨化纤维电阻率为1.3μΩ·m,对应的强度和模量值为1.6GPa和380 GPa.

沥青基碳纤维中试项目鉴定

山西三元炭素有限责任公司承担的沥青基碳纤维的研制与中试项目，近日通过专家鉴定。鉴定委员会认为，三元炭素研制的沥青基炭纤维部分指标达到国际先进水平，中试生产线为工业化奠定了基础。三元炭素研制的沥青基碳纤维可用于航天、医药等对产品纯度要求相对较高的领域，目前其市场价位在每吨20多万元。这种沥青基碳纤维可以用于汽车和飞机刹车片、汽车的制动衬片等生产；在建筑领域，可用作碳纤维增强水泥、油井固井水泥添加剂等；在电热领域，可制作各种导电纸、防静电材料等。此外，这种碳纤维还可用作增强尼龙、四氟乙烯等各种工程塑料以及密封填料。