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?。但泡沫炭的強度較低，限制了其應用。因此，如何提高其強度并保持其較高的熱導率是當前亟待解決的問題。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、中間相瀝青預氧化處理對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、聚丙烯腈基預氧絲

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

3、m K)/(g/cm3)，高于傳統(tǒng)導熱材料（銅和泡沫鋁）的比熱導率。
　　 2.隨著預氧化時間的延長，炭泡沫和石墨泡沫的體積密度和抗壓強度逐漸增加，當預氧化時間為6h時，炭泡沫和石墨泡沫的體積密度和抗壓強度達到最大值，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泡沫炭的的抗壓強度和熱導率的改善更加明顯。纖維與炭基體之間的應力石墨化作用能

4、提高基體的微區(qū)石墨化度。使其微晶尺寸增大，熱導率提高。當炭纖維粉含量為6wt％時，石墨泡沫的抗壓強度和熱導率分別為6.7MPa和83.0W/m K，較純石墨泡沫的熱導率(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一步增大，熱導率顯著提高，抗壓強度降低。
　　 4.添加預氧絲粉較添加短切預氧絲對泡沫炭的的抗壓強度和熱導率的改善程度更加明顯。預氧絲粉與炭基體之間的應力石墨化作用

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率。預氧絲粉含量為2wt％時，石墨泡沫的抗壓強度為7.7MPa。隨著石墨化溫度的提高(2000℃～2500℃)，預氧絲粉含量為2wt％的石墨泡沫材料的抗壓強度降低，石墨微晶尺寸La和Lc明顯增加，體積密度和熱導率增加。石墨化溫度為2500℃時，石墨泡沫的熱導率達到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