纖維改性中間相瀝青基泡沫炭的制備及其結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、中間相瀝青基泡沫炭具有低密度、熱導(dǎo)率高、熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕性能，熱膨脹系數(shù)低等一系列優(yōu)良特性，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦吞坎牧?。但泡沫炭的?qiáng)度較低，限制了其應(yīng)用。因此，如何提高其強(qiáng)度并保持其較高的熱導(dǎo)率是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。本文以日本三菱公司的萘基中間相瀝青為原料，采用高溫自發(fā)泡法制備泡沫炭。研究了不同壓力下的恒壓發(fā)泡工藝、中間相瀝青預(yù)氧化處理對(duì)中間相瀝青基泡沫炭的結(jié)構(gòu)和性能的影響;在中間相瀝青中分別添加聚丙烯腈基炭纖維、聚丙烯腈基預(yù)氧絲

2、和碳納米管，系統(tǒng)地考察了纖維種類(lèi)、纖維長(zhǎng)度、原料配比和不同石墨化溫度對(duì)泡沫炭的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的影響。主要研究結(jié)論如下:
　　 1.當(dāng)恒壓發(fā)泡壓力較低時(shí)，泡沫炭的孔泡結(jié)構(gòu)以開(kāi)孔為主;隨著發(fā)泡壓力的升高，泡沫炭的開(kāi)孔逐漸減少，炭泡沫和石墨泡沫的抗壓強(qiáng)度均逐漸增加，而石墨泡沫的熱導(dǎo)率和比熱導(dǎo)率呈現(xiàn)了先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)發(fā)泡壓力為7MPa時(shí)，石墨泡沫的熱導(dǎo)率和比熱導(dǎo)率達(dá)到最大值，分別為61.0 W/m K和93.1(W/

3、m K)/(g/cm3)，高于傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料（銅和泡沫鋁）的比熱導(dǎo)率。
　　 2.隨著預(yù)氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，炭泡沫和石墨泡沫的體積密度和抗壓強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)預(yù)氧化時(shí)間為6h時(shí)，炭泡沫和石墨泡沫的體積密度和抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，分別為1.07 g/cm3、1.23 g/cm3、12.07 MPa和9.06 MPa。
　　 3.添加炭纖維粉較添加短切炭纖維對(duì)泡沫炭的的抗壓強(qiáng)度和熱導(dǎo)率的改善更加明顯。纖維與炭基體之間的應(yīng)力石墨化作用能

4、提高基體的微區(qū)石墨化度。使其微晶尺寸增大，熱導(dǎo)率提高。當(dāng)炭纖維粉含量為6wt％時(shí)，石墨泡沫的抗壓強(qiáng)度和熱導(dǎo)率分別為6.7MPa和83.0W/m K，較純石墨泡沫的熱導(dǎo)率(39.2W/m K)提高一倍。隨著石墨化溫度的提高(2000℃～2500℃)，石墨泡沫的微晶尺寸進(jìn)一步增大，熱導(dǎo)率顯著提高，抗壓強(qiáng)度降低。
　　 4.添加預(yù)氧絲粉較添加短切預(yù)氧絲對(duì)泡沫炭的的抗壓強(qiáng)度和熱導(dǎo)率的改善程度更加明顯。預(yù)氧絲粉與炭基體之間的應(yīng)力石墨化作用

5、有利于提高炭基體的石墨化度，明顯改善石墨泡沫的熱導(dǎo)率。預(yù)氧絲粉含量為2wt％時(shí)，石墨泡沫的抗壓強(qiáng)度為7.7MPa。隨著石墨化溫度的提高(2000℃～2500℃)，預(yù)氧絲粉含量為2wt％的石墨泡沫材料的抗壓強(qiáng)度降低，石墨微晶尺寸La和Lc明顯增加，體積密度和熱導(dǎo)率增加。石墨化溫度為2500℃時(shí)，石墨泡沫的熱導(dǎo)率達(dá)到71.8W/mK。
　　 5.適量的碳納米管能均勻分散在炭基體中，碳納米管與基體之間的良好界面結(jié)合顯著改善了炭泡沫的力