中间相沥青基高导热炭材料的制备及性能研究
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852.08 W·m-1·K-1。
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992.4 W·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996.45 W·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552.18 W·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。
中间相沥青基;催化石墨化;炭材料;沥青纤维;纺制工艺;力学性能;导热性能;溶胶-凝胶法
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
迟伟东
2010
中文
TB332;TQ127.11
69
2010-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）