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中间相沥青基高导热炭材料的制备及性能研究

张莹莹  
【摘要】: 本文以中间相沥青为原料,探索了带型截面中间相沥青纤维的纺制工艺,并通过SEM表征了其截面形貌。采用自黏结的方法用沥青纤维用制备了高导热炭材料,借助红外分析(IR),扫描电镜(SEM),能谱分析(EDS),导热率测量等手段研究了不同预氧化温度,催化石墨化体系对炭材料的导热率及石墨化度的影响;制备了石墨纤维/环氧树脂复合材料,比较了不同纤维排列方式对材料力学性能以及导热性能的影响。 实验结果表明,最合适的带型截面中间相沥青纤维的纺制工艺条件为:恒温温度330℃,纺丝孔温度为300-305℃,纺丝压力在0.009-0.014Mpa,纺丝速率为800-1250r/min。在此条件下纺制出的带型纤维的长宽比为1.56。 通过IR分析和SEM观察,预氧化温度对炭材料的导热性能及力学性能都有一定程度的影响,预氧化温度240℃时板材抗弯强度最高,为165.07MPa。预氧化温度260℃的材料的导热率最高,为852.08W·m-1·K-。 采用简单的溶胶-凝胶法能够在中间相沥青基自烧结高导热碳板的表面修饰B,Ti,Ti-B催化剂涂层。实验表明并不是催化剂的添加量越多石墨化效果越好,当含硼的质量分数为3%时,材料的石墨化度最高,炭材料的导热率为992.4W·m-1·K-1。单独使用一种元素来进行催化石墨化时,采用B催化体系的炭材料比采用Ti催化体系的炭材料的石墨化度更高。但是当采用Ti-B复合催化体系对中间相沥青基高导热炭材料催化石墨化时,预氧化温度为260℃的碳板的导热率达到最高值996.45W·m-1·K-1。 通过对中间相石墨纤维/环氧树脂的力学性能以及导热性能进行研究,发现单向铺层复合材料的各向力学性能均优于交叉铺层复合材料。其沿纤维轴向的导热率达到552.18W·m-1·K-1,比二维复合材料高出47.24W·m-1·K-1。改变纤维的铺层方式能削弱复合材料导热性能的各向异性,其程度与铺层方式以及交叉方向纤维含量有关。


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