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炭材料用基体前驱体煤沥青改性的研究

宋士华  
【摘要】: 炭材料是一种性能优良的无机非金属材料,其中炭纤维增强炭(以下简称C/C)是一种高级复合材料,具有很好的物理、化学和力学性能,但是,C/C复合材料的价格昂贵、工艺复杂等问题严重影响了其应用和发展,目前主要局限于航空航天等高技术领域使用。因此,研究低成本、高性能的C/C复合材料已受到世界各国的普遍关注。而研制价格低廉、性能优异、工艺良好的基体材料则是C/C复合材料的关键。 本文研究了炭材料用基体前驱体——沥青的改性。以来源丰富、价格低廉的工业用中温煤沥青为原料,以对甲基苯甲醛为交联剂,在酸性催化剂作用下合成了R_(pc)(性能价格比)值较高的炭材料用基体前驱体——缩合多环芳烃树脂(COPNA)。 采用FT-IR分析、~1H-NMR分析及SEM分析等研究了沥青的改性机理;采用FT-IR分析、元素分析及偏光显微分析等研究了改性沥青的中间相转化行为;采用DSC分析和TGA分析等热分析手段研究了改性沥青的热行为;在此基础上,全面分析了原料配比及反应条件对改性沥青的残炭率、软化点、密度等性能的影响。 研究表明,煤沥青在催化剂作用下能与对甲基苯甲醛反应合成COPNA(Condensed Poly-nuclear Aromatic)树脂。该反应为质子催化下的阳离子型缩聚反应;改性煤沥青具有较低的软化点、优良的热稳定性和较高的残炭率。因此,改性后的煤沥青可作为性能优良的炭材料用基体前驱体。


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