中间相沥青基炭泡沫体的制备、结构及性能

以合成中间相萘沥青为原料，采用加压发泡法制备孔径均匀的初生炭泡沫体，经700℃～1000℃和2300℃～2800℃热处理制备出炭化和石墨化炭泡沫体；以700℃炭化处理所得的炭泡沫体作为芯材制成夹芯复合材料。研究了原料性能、发泡以及热处理工艺参数对炭泡沫微观结构和力学性能的影响，考察了炭泡沫体夹芯复合材料的微波吸收性能。结果表明：发泡过程中保持均匀的温度场是制备孔径均匀的炭泡沫体的关键因素，压力是影响孔结构的主要因素。炭泡沫体的微晶结构、力学性能以及微波吸收性能沿xy和XZ面方向（分别表示垂直和平行于重力方向）具有各向异性。

前驱体对炭泡沫孔结构的影响(英文)

分别以煤沥青、石油中间相沥青和AR沥青为前驱体制备炭泡沫材料。采用GPC测定前驱体分子量,SEM观察所制炭泡沫的孔结构,光学显微镜测量所制炭泡沫的孔径及其分布。结果发现,由于煤焦油沥青不含中间相,且QI含量较高,导致在实验条件下不能直接制备出合格的炭泡沫。以石油中间相沥青和AR沥青为原料均能制备出具有分布均匀开孔结构,且微观各向异性的炭泡沫。由AR沥青制备的炭泡沫呈现平均孔径较小(212μm)、孔壁较薄、孔径分布较窄(180μm^300μm)、开孔率较高、以及韧带排列较规整等特点,表明低QI含量、低分子量且分布较窄的前驱体有利于发泡。

加热条件对炭泡沫材料孔结构和性能的影响(英文)

以AR沥青为原料,利用高压釜在不同恒温条件下制备了炭泡沫,并测定了其孔结构、体积密度、显气孔率、压缩强度、常温热导率以及微晶参数。结果表明:相对于短恒温时间,长恒温时间制得的炭泡沫孔径大(412nm)、显气孔率高(83.82%)、体积密度小(0.34g/cm3)、压缩强度高(4.92MPa),多孔连通结构更丰富。经过石墨化处理后,石墨泡沫呈现出较高的常温热导率(71.34W/(m.K))和较小的层片间距d002(0.33556nm)。石墨泡沫的常温比导热率能达到210(W.(m.K)-1)/(g.cm-3),是铜的5倍,铝的4倍。

制备条件对炭泡沫结构的影响(英文)

利用沥青在热解过程中产生挥发性气体自发泡和高压渗氮的原理,以石油中间相沥青为原料,采用高压反应釜制备炭泡沫材料。用SEM和偏光显微镜观察了材料的孔结构,分析了制备条件对炭泡沫结构的影响。结果表明,温度和压力是影响炭泡沫材料结构的重要因素,在实验条件范围内,较高的反应温度和压力有利于制备出较高性能的炭泡沫,其气孔率较高,韧带炭层排布规则。

发泡温度对炭泡沫结构及性能的影响

以AR中间相沥青为原料,采用中间相沥青自发泡法在初始发泡压力为3MPa、发泡温度在390～450℃范围内制备了4种炭泡沫。利用SEM观察了炭泡沫的孔隙结构,并测定了其体积密度、抗压强度和导热系数,考察了发泡温度对炭泡沫结构及性能的影响。结果表明,采用较低的发泡温度(<430℃)可以消除大的孔隙缺陷;当发泡温度为410℃时,炭泡沫导热系数最高,为0.256W/(m·K)。

CVD PyC对炭泡沫结构及性能的影响

以AR中间相沥青为原料,采用中间相沥青自发泡法在发泡压力为0.1、3.0MPa,发泡温度为450℃的条件下制备了两种不同体积密度的炭泡沫CF-1和CF-2.将CF-1经过10h和70h化学气相沉积热解炭(CVD PyC)处理后得到炭泡沫CF-1-PC1和CF-1-PC2.测定了炭泡沫的抗压强度和导热系数,利用SEM和光学显微镜观察了炭泡沫的孔结构,考察了CVD PyC对炭泡沫结构及性能的影响.研究结果表明,CVD PyC处理可以增加炭泡沫韧带宽度,封填孔壁微裂纹;沥青炭和热解炭之间无明显界面,结合良好;经过CVD PyC处理后得到的CF-1-PC1和CF-1-PC2的体积密度、抗压强度、导热系数分别为:0.196g·cm^(-3)、1.89MPa、0.314W·m^(-1)·K^(-1)和0.461g·cm(-3)、11.93MPa、1.581W·m^(-1)·K^(-1).

以芳基乙炔为前驱体制备高强度炭泡沫(英文)

以硫酸为催化剂,芳基乙炔为前驱体,经聚合、正戊烷发泡、炭化获得了高强度炭泡沫。通过选择合适的制备条件,如:发泡剂的用量,催化剂的浓度及用量,以及匀泡剂吐温80的添加量,可以制得孔结构良好、韧带和接点光滑的炭泡沫。芳基乙炔聚合物泡沫炭化后高的残炭率(86%)和良好的孔结构赋予炭泡沫较高的机械强度;所制炭泡沫的耐压强度达到25.8MPa,强度/密度比为43.0MPa/(g.cm-3).

煤基炭泡沫孔结构调控

以肥煤镜质组富集物为前驱体,采用高压渗氮法制备煤基炭泡沫,研究了发泡温度、发泡压力和发泡时间对炭泡沫孔结构的影响。利用SEM观察炭泡沫的孔胞形貌,同时利用Nano Measurer分析软件统计SEM照片孔胞直径分布和孔喉直径分布以及平均孔径。结果表明:微孔塑料成核理论可以定性解释炭泡沫的孔结构变化趋势。发泡温度的升高导致成核密度增加,同时导致气体在胶质体的溶解度降低,不利于孔胞长大。发泡压力的增大导致炭泡沫的孔胞密度增加,临界成核半径降低,同时加剧了热聚合反应,导致胶质体的粘度增大,不利于孔胞长大。发泡时间的延长会使热聚合更加充分,影响胶质体粘度,进而影响孔结构。

发泡条件对炭泡沫孔泡结构的影响

以AR中间相沥青为原料,在中间相沥青裂解行为的基础上,利用自发泡工艺制备了中间相沥青基炭泡沫.重点研究了发泡过程中形核温度、初始压力以及固化温度对炭泡沫孔泡结构的影响规律.结果表明:随着形核温度的升高,炭泡沫的孔径变大,开口孔隙率升高.随着初始压力的升高,炭泡沫的孔径减小,开口孔隙率降低.随着固化温度的提高,炭泡沫的孔泡结构由椭圆形变为圆形,开口孔隙率升高.

炭泡沫的制备、性能及应用

炭泡沫是具有广阔应用前景的新型炭材料,自出现起就成为炭材料研究中的热点。以中间相沥青基炭泡沫为重点,介绍了炭泡沫的发展历史和研究进展,总结了现有炭泡沫制备技术,包括发泡剂发泡法、模板法、中间相沥青自发泡法和限空间法等,概述了炭泡沫的性能和应用前景,并展望了其发展方向。

炭泡沫的最新研究进展

以不同原料为主线,综述了炭泡沫制备技术的最新研究成果,并概述了炭泡沫改性及发泡机理方面取得的进展,同时对炭泡沫的应用情况进行总结。目前炭泡沫的研究热点主要集中在炭泡沫低成本制备技术、炭泡沫制备过程参数调控以及改性方法对炭泡沫性能的影响等方面。提出了整体炭泡沫制备技术存在的问题及改进思路。

SiO_2/炭泡沫和SiC/炭泡沫复合材料的制备及表征（英文）

对炭泡沫为支撑骨架的氧化硅气凝胶(Si O2/炭泡沫)和碳化硅(Si C/炭泡沫)复合材料分别采用XRD、SEM、激光导热仪、万能力学试验机进行物相、微观结构、热学及力学性能方面的表征。结果表明:所制备的Si O2/炭泡沫与原炭泡沫相比,具备更高的抗压强度(14.95 MPa)和更低的室温热导率(0.44 W·m-1·K-1)。Si C/炭泡沫材料则保持了较高的抗压强度值(14.66 MPa),其在1 200℃下具备极低的高温热导率(2.18W·m-1·K-1)。热重分析表明,Si C/炭泡沫在氧化氛围中到610℃才发生质量的损失,而内部炭发生完全烧蚀的温度高达844℃,这表明该材料的抗氧化性能远好于纯的炭泡沫材料。

蒙脱土改性炭泡沫复合材料

以酚醛树脂、BJO-0930酚醛微球为原材料,与适量蒙脱土混合,采用模压成型法制备出酚醛泡沫前驱体,在Ar气保护下进行800℃炭化处理,得到蒙脱土改性闭孔微球型炭泡沫复合材料。探讨蒙脱土对炭泡沫微观结构、压缩强度和热导率的影响。结果表明,蒙脱土改性炭泡沫复合材料的基体相与微球相结合更紧密,孔隙率降低;压缩强度提高到25.54MPa;热导率也明显降低,800℃下的热导率降为0.588W/(m·K)。

树脂基复合材料成型用炭泡沫模具技术的研究现状

炭泡沫是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的多孔材料,具备强度高、密度低、热电性能可调、热膨胀系数低、耐高温、可设计性强、易加工等特点。用其做成的树脂基复合材料成型模具在模具制造、质量、变形、可维修、运输等方面都具有明显优势。文中先综述了模具用炭泡沫材料和炭泡沫模具技术发展,然后与传统模具对比说明炭泡沫模具的性能优势,进而对炭泡沫模具设计和制造中的关键技术进行归纳,最后对国内开展炭泡沫模具的研发提出建议。

炭泡沫中Si含量对碳化硅多孔陶瓷组织和性能的影响

研究炭泡沫预制体中Si添加量的变化对碳化硅多孔陶瓷的组织及性能的影响.以中间相沥青添加一定质量分数的Si粉为原料,经发泡工艺制备含Si的炭泡沫预制体并结合反应烧结工艺制得碳化硅多孔陶瓷.对碳化硅多孔陶瓷的微观形貌、相组成、孔隙率、孔筋密度和抗弯强度进行分析与测试.结果表明:随着炭泡沫预制体中Si量的增加,碳化硅多孔陶瓷的孔隙率下降,孔筋密度增加,抗弯强度提高.当Si的质量分数为50%时,多孔陶瓷孔筋完全由SiC相组成,孔筋密度为3.14 g/cm3,多孔陶瓷的抗弯强度达到23.9 MPa,对应孔隙率为55%.

聚氨酯泡沫浸渍酚醛树脂溶液制备炭泡沫隔热材料研究

以聚氨酯泡沫为模板,硼化酚醛树脂为碳源,通过液相浸渍烘干、氧化稳定化、高温热解工艺制备网状玻璃炭泡沫(RVC)材料,通过对材料的物相组成、热解聚缩过程以及高温隔热(1 200℃)、压缩性能进行测试分析,研究了不同质量浓度的碳源对RVC材料密度、收缩率、微观形貌的影响。结果表明,采用模板法浸渍制备的RVC材料孔径分布均匀(200~500μm)、密度低(0.041~0.065 g/cm^(3)),可通过调控浸渍液的浓度,增大材料的平均孔径,使得RVC的有效残炭率由32.6%升至49.5%,同时,线收缩率从20%降低至5%。热失重过程表明氧化稳定化处理能够将热塑性酚醛树脂转化为热固性树脂并在热解炭化阶段稳定地附着在聚氨酯骨架上,避免在最终的炭泡沫结构中产生应力和宏观缺陷。所得RVC材料在实验密度范围内对应的高温热导率与密度呈负相关,在1 200℃下热导率为0.339 W·(m·K)^(-1),具有良好的高温隔热性能,同时材料的应力-应变曲线表现出良好的静态压缩韧性,可在热防护领域中加以利用。

中间相沥青基炭泡沫材料有效导热系数表征方法研究

提出了一种基于中间相沥青基炭泡沫材料真实孔结构特点的数值模拟计算有效导热系数的方法。针对实际应用的中间相沥青基炭泡沫材料,通过高分辨显微CT扫描、压汞法、闪光法,分别对材料微观结构、孔隙率及孔分布、导热性能进行系统表征。采用三维重构、有限元仿真进行导热系数数值模拟计算有效导热系数并与实际测试结果对比。结果表明,有限元仿真计算的导热系数需引入孔结构修正系数,进而表征炭泡沫材料的有效导热系数。对于大尺寸中间相沥青基炭泡沫有效导热系数的表征,确定前驱体的导热参数,并结合孔结构的有限元仿真计算与孔隙率实测数据,可预估大尺寸炭泡沫样件的有效导热系数。

炭泡沫对水溶液中罗丹明B的吸附行为研究

选用炭泡沫作为吸附剂,测试了其对碱性染料罗丹明B的吸附性能及影响因素,并通过吸附模型分析了吸附机理。结果表明,在p H为2时炭泡沫对罗丹明B吸附效果最佳;溶液中离子强度的增大会削弱炭泡沫对罗丹明B的吸附;高温(308 K)时炭泡沫对罗丹明B的吸附量最高,说明吸附过程为吸热过程。吸附等温结果表明炭泡沫对罗丹明B的吸附为单分子层吸附。

富油煤热解重质焦油基泡沫炭性能研究

【目的】富油煤热解重质焦油制备石墨化泡沫材料是富油煤资源高值化利用的方式之一。【方法】为探究不同反应条件与泡沫炭性能的联系从而制备高性能泡沫炭材料,以重质焦油制备中间相沥青为前驱体,采用高温自发泡法制备泡沫炭。考察不同反应温度、升温速率和反应压力对煤焦油基泡沫炭性能的影响,最后进行Box-Behnken响应面设计实验建立二次多项回归方程,揭示泡沫炭孔隙率、导热系数与反应条件的关系。【结果和结论】结果表明:反应温度、升温速率和反应压力对煤焦油基泡沫炭性能有显著影响。泡沫炭孔隙率的最优值为72.8%,对应的条件为温度559℃、压力0.48 MPa、升温速率9℃/min,影响因素温度>压力>升温速率;泡沫炭导热系数最优值为0.219 W/(m·K),对应的条件为温度549℃、压力2 MPa、升温速率3.9℃/min,影响因素升温速率>压力>温度。经过响应面模型优化后的工艺参数可制备具有良好孔隙率及导热性的泡沫炭材料,为提升富油煤热解效率提供新方案。