油系通用级沥青基碳纤维的制备及工艺研究

1

作者 李福双 龚鑫 +1 位作者 杨占峰 董子超 《化工新型材料》 北大核心 2025年第9期159-164,共6页

以软化点255℃的各向同性沥青为原料,熔融纺丝制备沥青纤维,研究了预氧化和炭化工艺参数对纤维力学性能的影响。结果表明:在预氧化处理条件的考察范围内,随预氧化温度的升高,沥青纤维的氧化增重呈现先增加后减小的趋势,对应碳纤维的抗... 以软化点255℃的各向同性沥青为原料,熔融纺丝制备沥青纤维,研究了预氧化和炭化工艺参数对纤维力学性能的影响。结果表明:在预氧化处理条件的考察范围内,随预氧化温度的升高,沥青纤维的氧化增重呈现先增加后减小的趋势,对应碳纤维的抗拉强度逐渐下降;随预氧化时间的增加,沥青纤维的氧化增重逐渐减小,碳纤维的力学性能基本保持不变;沥青纤维的氧化增重和碳纤维抗拉强度均随预氧化升温速度的增大而逐渐提高;预氧化温度达到270℃及以上时,预氧化温度过高,会发生过度氧化,纤维表面较多的含氧官能团发生氧化分解,在纤维表面和内部形成缺陷和孔洞结构,导致纤维力学性能下降;炭化温度提高,纤维会更加致密化,碳纤维的抗拉强度和抗拉模量增大;沥青纤维在以0.5℃/min升温速度升至230℃并恒温预氧化处理60min,而后在1200℃下炭化处理5min,得到通用级沥青基碳纤维的抗拉强度和抗拉模量分别达到655.0MPa和33.5GPa。 展开更多

关键词 通用级沥青基碳纤维 各向同性沥青 纺丝 预氧化

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煤沥青与石油渣油共炭化制备纺丝性能优异的可纺沥青研究

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作者 牛浩 周国斌 曲世杰 《煤炭转化》 北大核心 2025年第4期59-67,共9页

煤沥青(CTP)在高温热缩聚过程中易过度脱氢形成二次喹啉不溶物,破坏可纺沥青的纺丝性能,影响通用级沥青基碳纤维的力学性能。石油渣油(PR)含有丰富的烷基和环烷基结构,在炭化过程中易热解形成自由基。为改善可纺沥青纺丝性能和沥青基碳... 煤沥青(CTP)在高温热缩聚过程中易过度脱氢形成二次喹啉不溶物,破坏可纺沥青的纺丝性能,影响通用级沥青基碳纤维的力学性能。石油渣油(PR)含有丰富的烷基和环烷基结构,在炭化过程中易热解形成自由基。为改善可纺沥青纺丝性能和沥青基碳纤维力学性能,以CTP与PR为原料,通过共炭化反应使CTP分子和PR分子相互交联,将烷基和环烷基结构引入可纺沥青中,其协同作用可防止煤沥青过度聚合。将CTP和PR按不同质量比(5∶0,4∶1,3∶2)共炭化合成了三种各向同性可纺沥青,经熔融纺丝、氧化稳定化、炭化得到通用级沥青基碳纤维。通过元素分析、傅立叶红外光谱、热重分析、固体核磁和质谱等分析方法,表征了可纺沥青的分子结构,并探究了引入的烷基和环烷基结构对纺丝性能及合成碳纤维力学强度的影响。结果表明:CTP与PR按质量比为4∶1共炭化时,可纺沥青分子结构更加线性,具有优异的纺丝性能,其合成的沥青基碳纤维的拉伸强度为(935±28) MPa、弹性模量为(51.6±2.2) GPa,优于纯煤沥青基碳纤维的力学强度。 展开更多

关键词 煤沥青 石油渣油 共炭化 各向同性可纺沥青 力学强度

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两种煤基沥青的分子结构及其各向同性沥青基碳纤维力学性能研究

3

作者 李重 吴聪 +3 位作者 张舸 王卓 李轩科 郭建光 《煤炭转化》 北大核心 2025年第4期48-58,共11页

为了探究不同煤基沥青的分子结构差异对其各向同性沥青基碳纤维力学性能的影响,以煤焦油沥青(CTP)和煤液化沥青(CLP)为原料,通过溶剂萃取-空气氧化工艺分别制备了具有100%各向同性光学织构的纺丝沥青及其碳纤维,并采用红外光谱(IR)、飞... 为了探究不同煤基沥青的分子结构差异对其各向同性沥青基碳纤维力学性能的影响,以煤焦油沥青(CTP)和煤液化沥青(CLP)为原料,通过溶剂萃取-空气氧化工艺分别制备了具有100%各向同性光学织构的纺丝沥青及其碳纤维,并采用红外光谱(IR)、飞行时间质谱(TOFMS)、热重-差示扫描量热法(TG-DSC)和X射线光电子能谱(XPS)等表征了两种原料沥青甲苯可溶物的分子结构及其各向同性沥青基碳纤维制备过程中的氧含量和结构变化。结果表明:与煤焦油沥青甲苯可溶物CTP-TS相比,煤液化沥青甲苯可溶物(CLP-TS)中更丰富的脂肪侧链为其通过空气氧化制备各向同性沥青提供了更多的氧化反应活性位点,从而显著提高了煤液化沥青基各向同性沥青(CLP-IP)的热稳定性。在原丝预氧化过程中,煤焦油沥青基各向同性沥青(CTP-IP)原丝分子主要发生脂肪C—H上的氧化交联反应,而CLP-IP除此之外,还发生了明显的芳香C—H上的氧化交联反应,导致其预氧化纤维具有更高的交联型含氧官能团含量,促进碳纤维形成更稳定的网络状碳层排列,并降低了炭化过程中的碳损失及微观结构缺陷,从而提高碳纤维的力学性能。最终,以CTP和CLP为原料所制备的碳纤维的平均拉伸强度分别为(835±87)MPa和(1135±60)MPa,对应的平均拉伸模量分别为(49±7)GPa和(65±6)GPa。 展开更多

关键词 碳纤维 各向同性沥青 煤焦油沥青 煤液化沥青 氧交联结构

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大尺寸各向同性热解炭材料的制备与表征 被引量：29

4

作者 吴峻峰 白朔 +2 位作者 刘树和 徐红军 成会明 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期119-124,共6页

采用一种新的旋转基体稳态流化床沉积装置制备大尺寸的各向同性热解炭材料。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和XRD对各向同性热解炭材料的微观结构进行了表征,并对其力学性能进行了测试。结果表明,改进后的旋转基体稳态流化床沉积... 采用一种新的旋转基体稳态流化床沉积装置制备大尺寸的各向同性热解炭材料。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和XRD对各向同性热解炭材料的微观结构进行了表征,并对其力学性能进行了测试。结果表明,改进后的旋转基体稳态流化床沉积工艺能够制备出大尺寸的各向同性热解炭材料。材料的结构均匀,气孔较少,主要由球形颗粒状碳结构组成,构成这种球形颗粒状碳结构的是乱层结构的石墨片层堆积体。各向同性热解炭与传统炭材料相比具有较高的杨氏模量、硬度和强度。 展开更多

关键词 热解炭 各向同性 制备 微观结构

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炭素泡沫材料的制备和应用 被引量：26

5

作者 曹敏 张书 +1 位作者 周建民 王永刚 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第4期613-616,共4页

炭素泡沫材料由于可以制成各向同性的高热传导性材料 ,加之质轻、耐高温、高强度、抗氧化等性能 ,已成为炭素材料研究新热点。本文介绍了炭素泡沫材料的制备方法、结构特征 ,阐述了炭素泡沫材料在航空航天、化工、电子等领域的应用前景 ... 炭素泡沫材料由于可以制成各向同性的高热传导性材料 ,加之质轻、耐高温、高强度、抗氧化等性能 ,已成为炭素材料研究新热点。本文介绍了炭素泡沫材料的制备方法、结构特征 ,阐述了炭素泡沫材料在航空航天、化工、电子等领域的应用前景 ,探讨了炭素泡沫材料制备和应用的研究重点。 展开更多

关键词 炭素泡沫材料 热传导性 制备方法 研究热点 各向同性

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沥青原料对沥青基碳纤维结构与性能的影响 被引量：6

6

作者 刘安华 姚艳波 +2 位作者 舒欣 夏文丽 董炎明 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1119-1122,共4页

以中间相萘沥青(AR树脂)和各向同性煤沥青(ICP)为原料,系统研究了沥青原料性质与由其制备的碳纤维结构、性能之间的关系。研究表明,AR树脂中的一维有序中间相结构在纺丝中被拉伸,形成不同中间相间的界面,成为应力集中区,在后续碳化过程... 以中间相萘沥青(AR树脂)和各向同性煤沥青(ICP)为原料,系统研究了沥青原料性质与由其制备的碳纤维结构、性能之间的关系。研究表明,AR树脂中的一维有序中间相结构在纺丝中被拉伸,形成不同中间相间的界面,成为应力集中区,在后续碳化过程因应力释放导致纤维开裂而损害其力学性能;而ICP沥青基本为无定形相结构,在纺丝过程中无明显的择优取向,碳化过程石墨化程度低,故其所成的碳纤维无应力集中和开裂问题,但也正是这无定形结构,使其最终力学性能也较差。以上结果说明,原料的性质可以"遗传"到沥青基碳纤维中。因此,改变沥青原料的性质是改善沥青基碳纤维结构和性能的有效途径之一。 展开更多

关键词 碳纤维 中间相沥青 各向同性沥青

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热处理对各向同性热解炭材料微观结构和力学性能的影响 被引量：13

7

作者 吴峻峰 白朔 成会明 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期225-230,共6页

对化学气相沉积法(CVD)制备的各向同性热解炭材料在不同温度下进行热处理,利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和显微激光喇曼光谱等表征手段及显微硬度实验、三点弯曲实验,研究了材料的微观结构和力学性能与热处理温度之间... 对化学气相沉积法(CVD)制备的各向同性热解炭材料在不同温度下进行热处理,利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和显微激光喇曼光谱等表征手段及显微硬度实验、三点弯曲实验,研究了材料的微观结构和力学性能与热处理温度之间的关系。结果表明,随着热处理温度的提高,各向同性热解炭材料的石墨片层间距缩小,石墨化程度增加,晶粒尺寸增大,同时材料中的孔隙结构也发生了较大的变化。材料的显微硬度和弹性模量随热处理温度的升高而降低,抗弯强度在1 750℃和2 400℃之间没有变化,在2 600℃时有显著的增加。 展开更多

关键词 各向同性热解炭 热处理 微观结构 力学性能

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MCMB超细粉末特性及其成型工艺对烧结体性能的影响 被引量：15

8

作者 卢秀荣 王成扬 范启明 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 2004年第2期109-113,共5页

　中间相炭微球(MCMB)超细粉末(0.1μm～0.5μm),具有良好的自粘结性,经240MPa模压成型和1000℃自烧结后,可制备出弯曲强度达到134.3MPa的高密度各向同性炭材料(HDIC)。用热分析和扫描电镜等方法,探讨了此超细粉末的特性和模压工艺对坯... 　中间相炭微球(MCMB)超细粉末(0.1μm～0.5μm),具有良好的自粘结性,经240MPa模压成型和1000℃自烧结后,可制备出弯曲强度达到134.3MPa的高密度各向同性炭材料(HDIC)。用热分析和扫描电镜等方法,探讨了此超细粉末的特性和模压工艺对坯体成型和烧结体性能的影响。实验证明,由于MCMB超细颗粒表面附着的大量小分子相互结合而形成强度较高的团聚体,使粉末颗粒难以均匀分散,严重影响着材料的弯曲强度。研磨可破坏团聚体中颗粒的粘结,减少材料的烧结缺陷,进而提高材料性能。MCMB超细粉末表面能及粉末之间的内摩擦较大,流动性差,模压成型时采取适宜的压制力,尤其是延长压力作用时间,对材料获得理想的显微结构,缓解由压坯密度的不均匀分布、弹性后效等而导致的缺陷是非常重要的。 展开更多

关键词 MCMB超细粉末 粉末特性 成型工艺 烧结体 性能 中间相炭微球 自烧结 微观结构

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各向同性热解炭材料中的缺陷分析和超声检测技术 被引量：4

9

作者 吴峻峰 白朔 +4 位作者 张海峰 贺晔红 杨坚 魏天阳 廉德良 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期93-96,共4页

利用偏光金相显微镜和超声探伤仪对高性能机械密封用块体各向同性热解炭材料中的缺陷进行表征和无损检测。偏光显微观察发现,各向同性热解炭材料中的主要缺陷主要包括三种:各向异性夹杂、裂纹和各向同性夹杂。超声实验研究表明,利用脉... 利用偏光金相显微镜和超声探伤仪对高性能机械密封用块体各向同性热解炭材料中的缺陷进行表征和无损检测。偏光显微观察发现,各向同性热解炭材料中的主要缺陷主要包括三种:各向异性夹杂、裂纹和各向同性夹杂。超声实验研究表明,利用脉冲反射法超声波检测技术可有效检出各向同性热解炭制件中存在的上述缺陷。目前该技术已成功地用于各向同性热解炭产品的批量探伤。 展开更多

关键词 各向同性热解炭(石墨) 缺陷 无损检测 超声波检测 机械密封

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沥青组分对碳纤维径向结构影响的研究 被引量：3

10

作者 刘均庆 史景利 +2 位作者 魏兴海 郭全贵 刘朗 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2011年第12期100-102,共3页

采用混合各向同性、各向异性沥青的物理改性方法,得到混合沥青作为纺丝原料,经纺丝、不熔化、炭化得到不同径向结构的碳纤维。通过流变仪分析、SEM表征,研究沥青混合料的流变性及其对沥青碳纤维径向结构的影响,结果表明:在纺丝温度区间... 采用混合各向同性、各向异性沥青的物理改性方法,得到混合沥青作为纺丝原料,经纺丝、不熔化、炭化得到不同径向结构的碳纤维。通过流变仪分析、SEM表征,研究沥青混合料的流变性及其对沥青碳纤维径向结构的影响,结果表明:在纺丝温度区间内,各向同性沥青的加入增加了沥青的黏度,使碳纤维径向辐射结构减弱;各向异性沥青的加入同样增加了沥青的黏度,但是并没有改变碳纤维辐射型径向结构。XRD结果表明:各向异性沥青微晶结构的有序性是造成碳纤维径向辐射结构的主要原因。 展开更多

关键词 中间相沥青碳纤维 径向结构 各向同性沥青

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各向同性煤沥青制备炭/石墨纤维的研究 被引量：2

11

作者 周婧 袁观明 +3 位作者 林剑锋 易静 刘越 李轩科 《武汉科技大学学报》 CAS 2012年第5期386-390,共5页

以各向同性煤沥青为原料,采用熔融纺丝工艺制备了直径为55μm的沥青纤维,经预氧化、炭化和石墨化处理后得到炭纤维和石墨纤维,并采用偏光显微镜、XRD和SEM等对其形貌、结构和性能进行表征。结果表明,炭/石墨纤维具有与沥青原料相似的各... 以各向同性煤沥青为原料,采用熔融纺丝工艺制备了直径为55μm的沥青纤维,经预氧化、炭化和石墨化处理后得到炭纤维和石墨纤维,并采用偏光显微镜、XRD和SEM等对其形貌、结构和性能进行表征。结果表明,炭/石墨纤维具有与沥青原料相似的各向同性光学结构;随热处理温度升高,炭/石墨纤维截面逐渐变粗糙,且内部石墨微晶逐步发育并长大,3 000℃下石墨化纤维微晶增大较明显,其堆积高度和平面尺寸分别约为5nm和11nm;1 600℃炭化纤维的力学性能较好,其拉伸强度和杨氏模量分别达到0.57GPa和32.19GPa,进一步提高热处理温度,纤维拉伸强度逐步降低,但是其杨氏模量逐渐增加,3 000℃石墨化纤维的拉伸强度和杨氏模量分别为0.26GPa和40.57GPa;炭/石墨纤维室温轴向电阻率随热处理温度的升高而降低,1 000℃炭化纤维室温轴向电阻率为47.78μΩ.m,3 000℃石墨化纤维室温轴向电阻率降至21.98μΩ.m。 展开更多

关键词 各向同性煤沥青 沥青基炭纤维 结构 性能

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主动成形准各向同性CFRP复合材料反射镜的铺层设计 被引量：10

12

作者 夏瑜 曾春梅 郭培基 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第7期1885-1892,共8页

要实现高精度的碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料反射镜的主动成形,使用面内刚度和弯曲刚度均为准各向同性的层合板非常重要。先建立对称层合板几何模型,根据经典层合板理论,得到准各向同性的要求下,正则化面内刚度系数、弯曲刚度系数以... 要实现高精度的碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料反射镜的主动成形,使用面内刚度和弯曲刚度均为准各向同性的层合板非常重要。先建立对称层合板几何模型,根据经典层合板理论,得到准各向同性的要求下,正则化面内刚度系数、弯曲刚度系数以及正则化几何因子应满足的条件,确定单层组数最大的铺层方式,并提出以正则化刚度系数和几何因子表示的两种铺层顺序优化方法。然后,针对M40/环氧648材料,通过编程得到不同定向单层数量下的最佳铺层顺序。最后,用两种优化方法下的优化结果分别建立口径500 mm的壳体模型,经有限元静力学分析,得到模型上相同半径上各节点在光轴方向的变形量,并进行数据处理。结果表明:总层数为24层时,铺层顺序为[45/-15/-75/90/15/-45/-30/60/-60/0/30/75]s的层合板弯曲刚度的均匀性最佳。采用正则化刚度系数优化方法 Di*j=Ai*j,可得到准各向同性层合板铺层顺序的最优化方案;当总层数一定且单层组数最大时,增加定向单层数,将增加层合板弯曲刚度的均匀性。采用正则化刚度系数法对铺层顺序进行优化为准各向同性CFRP复合材料反射镜的铺层设计提供了一种方法。 展开更多

关键词 复合材料光学 准各向同性 有限元法 碳纤维增强聚合物 弯曲刚度 铺层顺序

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气相沉积制备C/C复合材料微观组织分析 被引量：1

13

作者 张守阳 李贺军 +1 位作者 孙乐民 候向辉 《机械科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2000年第3期456-457,共2页

详细分析了等温 CVI法制备的 C/ C复合材料中基体碳的组织形貌 ,主要对光滑层、粗糙层及各向同性组织的特征作了详细描述 ,并且分析了各种工艺条件对组织形成的影响 ,首次指出沉积空间的大小影响热解碳的成核和生长并最终导致形成不同... 详细分析了等温 CVI法制备的 C/ C复合材料中基体碳的组织形貌 ,主要对光滑层、粗糙层及各向同性组织的特征作了详细描述 ,并且分析了各种工艺条件对组织形成的影响 ,首次指出沉积空间的大小影响热解碳的成核和生长并最终导致形成不同的组织。用偏光显微照片中的热解碳组织与断口 SEM形貌作对比 ,证明在层状热解碳的层间存在内应力。 展开更多

关键词 碳/碳复合材料 化学气相沉积 微观组织分析

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碳/环氧面内准各向三维复合材料的动态压缩性能 被引量：1

14

作者 孙颖 张鹤江 +1 位作者 郝露 陈利 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2015年第2期6-10,15,共6页

利用置换法三维织物非织造技术结合树脂传递模塑(RTM)工艺,制备了碳/环氧面内准各向三维复合材料和三维正交复合材料.采用岛津万能材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)测试系统,对复合材料进行了面内和厚度方向的准静态及动态压缩性... 利用置换法三维织物非织造技术结合树脂传递模塑(RTM)工艺,制备了碳/环氧面内准各向三维复合材料和三维正交复合材料.采用岛津万能材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)测试系统,对复合材料进行了面内和厚度方向的准静态及动态压缩性能试验,研究了碳/环氧面内准各向三维复合材料不同应变率下的压缩应力-应变关系以及破坏模式.对比分析结果表明:无论面内还是厚度方向,碳/环氧面内准各向三维复合材料的压缩性能都是应变率敏感的,并且其破坏应力和应变的应变率敏感程度大于三维正交复合材料;在面内和厚度方向准静态压缩载荷作用下,面内±45°纱线有效地抑制了面内准各向三维复合材料剪切带的形成和扩展,使得脆性破坏形貌更加均匀;随着应变率增加,面内准各向三维复合材料面内方向以剪切破坏为主,断口比三维正交复合材料粗糙,厚度方向二者破坏模式相同. 展开更多

关键词 碳/环氧复合材料 面内准各向 三维正交 应变率效应 动态压缩

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平面内准各向同性的二维碳/碳复合材料

15

作者 孙守金 刘文川 李敏君 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 1992年第1期98-103,共6页

用化学气相渗(CVI)工艺制备的碳布重复层叠的二维碳/碳复合材料在碳布平面内是正交各向异性的,沿纤维束方向的试样,拉伸强度和弯曲强度远远高于与碳纤维束成45°角的试样,其拉伸和弯曲破坏方式分别表现为碳纤维断裂和碳布层间开裂... 用化学气相渗(CVI)工艺制备的碳布重复层叠的二维碳/碳复合材料在碳布平面内是正交各向异性的,沿纤维束方向的试样,拉伸强度和弯曲强度远远高于与碳纤维束成45°角的试样,其拉伸和弯曲破坏方式分别表现为碳纤维断裂和碳布层间开裂。而与纤维束成45°角的试样的拉伸和弯曲破坏则表现为碳布的经向、纬向纤维束接点的开裂。通过碳布按不同方向层叠来提高复合材料在层面内的各向同性是行之有效的,随着相邻两层碳布中纤维束夹角的减小,复合材料的各向同性增加。复合材料的拉伸强度缓慢降低,最后趋于稳定值,弯曲强度先降低后又增加,最终恢复到与碳布重复层叠的碳/碳复合材料沿纤维束方向的水平。 展开更多

关键词 复合材料 各向异性 碳布层叠

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TiC改性碳纳米管增强中间相炭微球制备各向同性石墨 被引量：6

16

作者 林祥宝 陈惠 +3 位作者 巫静 吴志刚 李润 刘洪波 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期961-970,共10页

采用无压放电等离子烧结技术,用纳米TiC改性多壁碳纳米管(MWCNTs),将纳米TiC改性后的碳纳米管(T-CNTs)掺杂到中间相炭微球(MCMB)中以制备高性能的各向同性石墨材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微(TEM)等对T-C... 采用无压放电等离子烧结技术,用纳米TiC改性多壁碳纳米管(MWCNTs),将纳米TiC改性后的碳纳米管(T-CNTs)掺杂到中间相炭微球(MCMB)中以制备高性能的各向同性石墨材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微(TEM)等对T-CNTs和制备的石墨材料结构进行表征;并采用万能试验机、激光导热仪和热膨胀系数仪测试了制备石墨材料的力学性能和热学性能。结果表明,纳米TiC成功的附着在CNTs的表面。与未添加T-CNTs的各向同性石墨相比,T-CNTs/MCMB各向同性石墨材料其力学强度有显著的提高,材料的抗折强度提高了70%,石墨化度提高10%,热学性能也有不同程度的提高。 展开更多

关键词 放电等离子烧结 TiC改性多壁碳纳米管 中间相炭微球 各向同性石墨

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各向同性纺丝沥青及其碳纤维的制备与应用研究进展 被引量：2

17

作者 刘金港 翟港港 +3 位作者 田永胜 王光辉 袁观明 董志军 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期12-20,共9页

现代科技的发展对碳纤维提出了高性能和低成本的要求。与聚丙烯腈基和中间相沥青基碳纤维相比,各向同性沥青基碳纤维在生产成本上具备明显优势,但其力学性能相对较低。厘清各向同性沥青及其制备工艺、微观结构和力学性能之间的关联关系... 现代科技的发展对碳纤维提出了高性能和低成本的要求。与聚丙烯腈基和中间相沥青基碳纤维相比,各向同性沥青基碳纤维在生产成本上具备明显优势,但其力学性能相对较低。厘清各向同性沥青及其制备工艺、微观结构和力学性能之间的关联关系,大幅度提升其力学性能,是进一步拓展其工业应用的必由之路。首先系统评述了各向同性沥青的合成、纺丝、预氧化及碳化工艺,分析了工艺参数对碳纤维结构和力学性能的影响,指明了提升碳纤维力学性能的关键因素和控制策略。然后介绍了各向同性沥青基碳纤维主要的应用领域。最后提出了高性能各向同性沥青基碳纤维生产过程中面临的挑战以及今后的研究方向。 展开更多

关键词 碳纤维 各向同性沥青 纺丝工艺 预氧化 炭化

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不同氧化程度的沥青纤维预氧化与炭化行为 被引量：6

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作者 彭元硕 杨建校 +3 位作者 石奎 郭建光 朱辉 李轩科 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期722-730,共9页

以各向同性沥青纤维(IPPF)和中间相沥青纤维(MPPF)为对象,系统研究了它们在不同升温速率和不同预氧化温度下的预氧化过程。通过元素分析,FT-IR,TG-MS和SEM等手段对预氧化纤维(SFs)和炭纤维(CFs)进行了详细的分析表征,探究了沥青纤维的... 以各向同性沥青纤维(IPPF)和中间相沥青纤维(MPPF)为对象,系统研究了它们在不同升温速率和不同预氧化温度下的预氧化过程。通过元素分析,FT-IR,TG-MS和SEM等手段对预氧化纤维(SFs)和炭纤维(CFs)进行了详细的分析表征,探究了沥青纤维的氧化程度对CFs的结构和力学性能的影响规律。结果表明,慢的升温速率有利于沥青纤维的氧化交联,所得到的CFs具有更高的炭化收率和拉伸强度。同时,IPPF和MPPF在270℃进行预氧化时,所制备对应的CFs具有最高的结构性能。另外,SFs的FT-IR图所计算的R1700/R1600值与其对应CFs的炭化收率和拉伸强度存在着良好的映射关系,可以作为一个评估沥青纤维的氧化程度的有效因子。除此之外,氧化不充足的纤维(I-SFs)在炭化过程中释放大量的H2和CH4,造成所得到的CFs出现空心结构,显示低的拉伸强度,尤其I-IPCF较为明显;过度氧化的纤维(E-SFs)则释放大量的CO和CO2,导致其对应的CFs呈现裂缝结构,特别是E-MPCF。因此,纤维预氧化和炭化行为的深入解析与优化对于提升沥青基炭纤维的性能具有重大的意义。 展开更多

关键词 各向同性沥青 中间相沥青 沥青纤维 预氧化 炭纤维

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定长炭纤维增强树脂复合材料的制备及其各向同性力学性能

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作者 向雨欣 申克 +2 位作者 吴昊 何智成 李轩科 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1188-1194,共7页

本文分别将不同配比的30 mm定长炭纤维与乙烯基树脂基体预混合,搅拌均匀后得到片状模塑料(SMCs),再将不同纤维体积分数的SMCs通过真空热压成型工艺制备出不同面内力学各向同性的定长炭纤维增强树脂基复合材料(CFRP)。研究了不同纤维体... 本文分别将不同配比的30 mm定长炭纤维与乙烯基树脂基体预混合,搅拌均匀后得到片状模塑料(SMCs),再将不同纤维体积分数的SMCs通过真空热压成型工艺制备出不同面内力学各向同性的定长炭纤维增强树脂基复合材料(CFRP)。研究了不同纤维体积分数(15%~40%)的CFRP的拉伸和弯曲强度的异同,及纤维体积分数对材料面内力学各向同性特征的影响。由力学性能测试与断面分析结果可知:25%~30%纤维体积分数的CFRP中,纤维在树脂中分散性优异,不同方向上的拉伸强度离散系数仅为2%,各向同性特征最为显著;当CFRP中的炭纤维体积分数增加到一定程度时,其拉伸和弯曲强度均表现出先升后降的趋势,拉伸强度在25%时达到最大值(141.4 MPa),弯曲强度在30%时达到最大值(549.0 MPa)。同比15%纤维体积分数的CFRP,力学性能明显提高。 展开更多

关键词 定长炭纤维 炭纤维增强树脂基复合材料 各向同性 拉伸强度 弯曲强度

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