超臨界流體制備瀝青泡沫炭及其結(jié)構(gòu)控制的研究.pdf

1、瀝青基泡沫炭是將瀝青發(fā)泡，經(jīng)氧化炭化以及石墨化處理后形成的一種新型低密度炭材料。與其他前驅(qū)體泡沫炭相比，瀝青基泡沫炭除了具備密度低、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、隔熱性好等優(yōu)點外，由于瀝青含碳量高易于石墨化而具有高強度、高導(dǎo)熱導(dǎo)電等特性，在航空航天以及民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
　　 從瀝青發(fā)泡制備泡沫炭，主要有三種方法：高壓滲氮法、白裂解法和添加發(fā)泡劑法。這些方法各有優(yōu)勢，制備的泡沫炭在結(jié)構(gòu)以及性能上差別很大。本研究以煤焦油瀝青和合

2、成中間相瀝青為前驅(qū)體，利用超臨界溶劑對瀝青良好的滲透性和溶解性，在高壓反應(yīng)釜內(nèi)通過壓力釋放制備瀝青泡沫炭。
　　 首先通過分析瀝青原料的結(jié)構(gòu)性能和流變性能，選擇了合適的超臨界流體。以發(fā)泡體系的熱力學(xué)相轉(zhuǎn)變分析為依據(jù)，對影響發(fā)泡的壓力、溫度、壓力釋放速率、保溫時間和溶劑比例等因素進行分析研究。利用TG-FTIR聯(lián)用模擬瀝青泡沫的氧化炭化過程，對不同后處理條件下的泡沫炭進行元素分析，并對氧化過程進行了數(shù)學(xué)函數(shù)擬合，分析了后處理條件與

3、泡沫炭結(jié)構(gòu)的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，不同溶劑在超臨界狀態(tài)下對瀝青的溶解性差異直接導(dǎo)致瀝青粘度的變化，從而導(dǎo)致相同發(fā)泡條件下，泡沫炭孔結(jié)構(gòu)差異明顯。通過選擇不同的超臨界流體、選擇合適的發(fā)泡條件，可獲得結(jié)構(gòu)可控、密度分布在0.01～0.8g/cm3之間、孔徑分布均勻、平均孔徑在200～1200μm、壁厚5～100μm、孔隙率95％以上、開孔率高的泡沫碳。
　　 通過對比影響高壓滲氮法和超臨界發(fā)泡法對瀝青泡沫炭孔結(jié)構(gòu)的因素，可知對于制備瀝青泡