中間相瀝青超臨界溶劑發(fā)泡及均相成核數(shù)學(xué)模擬.pdf

1、瀝青基泡沫炭具備密度低、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天以及民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。超臨界溶劑法制備的中間相瀝青基泡沫炭，由于具有發(fā)達(dá)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和高度的可石墨化性，成為一種優(yōu)異的輕型導(dǎo)熱碳材料。針對如何提高泡沫炭中泡孔的尺寸均一性，改善泡孔的分布均勻性，該研究選取了合適的溶劑，并對影響發(fā)泡過程中氣泡成核以及氣泡生長的各個(gè)因素進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本論文主要考慮發(fā)泡壓力，發(fā)泡溫度，釋壓速率（或釋壓時(shí)間）和溶劑

2、配比對氣泡密度和氣泡平均孔徑的影響，并分別在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，得出了各自的變化關(guān)系。
　　 為了從理論上對成核過程進(jìn)行分析，該研究借鑒Colton和Suh的經(jīng)典成核理論，參考Kim的氣體分子團(tuán)簇模型，對中間相瀝青超臨界溶劑發(fā)泡均相成核過程進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬，通過數(shù)據(jù)回歸得出了適合超臨界溶劑發(fā)泡的均相成核理論模型。該研究采用自制的易冷卻微型發(fā)泡裝置進(jìn)行了中間相瀝青的超臨界溶劑發(fā)泡實(shí)驗(yàn)，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了公式參數(shù)的回歸，最終得到

3、了適合于中間相瀝青超臨界溶劑發(fā)泡工藝的數(shù)學(xué)模型。針對模型準(zhǔn)確性的問題，在模型的指導(dǎo)下，該研究進(jìn)行了有效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果顯示：當(dāng)分別控制飽和壓力小于5.0MPa，釋壓速率大于1.0MPa/s時(shí)，實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)基本符合該均相成核模型，但是由于理論模型只考察了均相成核過程，忽略了實(shí)驗(yàn)中存在的非均相成核過程，從而使得實(shí)驗(yàn)得到的氣泡密度值要稍高于模擬氣核密度值。當(dāng)飽和壓力很大或者釋壓速率很小時(shí)，由于不可避免的融并現(xiàn)象，使得泡沫樣品中的氣泡密度要普

4、遍小于模擬氣核密度值。
　　 通過對影響發(fā)泡過程中氣泡成核以及氣泡生長的各個(gè)因素的系統(tǒng)研究，文章得出了各個(gè)因素的最佳發(fā)泡條件范圍，并在此基礎(chǔ)上，通過條件的綜合設(shè)定進(jìn)行了最佳發(fā)泡工藝的探索。研究得出：當(dāng)控制發(fā)泡溫度為588～593K，初始壓力為2.0～3.0MPa，釋壓速率為1.0～1.5MPa/s，溶劑配比為30wt％時(shí)，可以制備出氣泡平均孔徑400～800μm，氣泡密度10～16×103cm-3，泡孔形狀規(guī)則、泡孔分布均勻的中