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煤基中间相沥青中各向异性组分含量对石墨纤维性能的影响
1
作者
杨靖东
王蒙
+4 位作者
张翠清
蒋晨光
张明辉
宋怀河
王永刚
《煤炭转化》
北大核心
2025年第4期37-47,共11页
煤基中间相沥青(coal-based mesophase pitch,CMP)的组成决定着由其制备的石墨纤维的取向度,通过CMP的各向异性组分含量调控可实现石墨纤维的可控制备和性能提升。以精制煤沥青为原料,采用自升压-氮气吹扫两段热处理的方法制备CMP,获得...
煤基中间相沥青(coal-based mesophase pitch,CMP)的组成决定着由其制备的石墨纤维的取向度,通过CMP的各向异性组分含量调控可实现石墨纤维的可控制备和性能提升。以精制煤沥青为原料,采用自升压-氮气吹扫两段热处理的方法制备CMP,获得了各向异性组分含量不同的CMP,经过熔融纺丝、不熔化、1300℃炭化及2800℃石墨化处理得到石墨纤维。采用有机元素分析、偏光显微结构分析、傅立叶红外光谱分析、基质辅助激光解析电离-飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等多种表征手段分析了CMP的基本性质、分子结构、分子质量分布以及石墨纤维的微观结构,在此基础上研究了CMP的各向异性组分含量与其石墨纤维结构及性能的关系。结果表明:随着CMP的各向异性组分含量从43%增加到99%,沥青相对分子质量分布在1000 Da附近分离明显、相对分子质量分布变窄,高相对分子质量的稠环芳烃平面大分子增多,沥青可纺性能呈现先提高后降低的趋势,沥青分子有序度增强,有序度指数(OI)从0.443增强至0.544。CMP的各向异性组分含量增加,在一定程度上促进石墨纤维的微晶结构沿着纤维轴向择优取向,有助于石墨微晶缺陷的减少,石墨纤维的截面形貌具有明显辐射纹理,石墨片层平行排列规整且紧密。以各向异性组分含量为99%的CMP为前驱体制备的石墨纤维具有更加完善的石墨结构,其拉伸强度和模量分别达到1.96 GPa和449 GPa。
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关键词
中间相沥青
各向异性组分含量
可纺性能
石墨纤维
微观结构
力学性能
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职称材料
题名
煤基中间相沥青中各向异性组分含量对石墨纤维性能的影响
1
作者
杨靖东
王蒙
张翠清
蒋晨光
张明辉
宋怀河
王永刚
机构
北京低碳清洁能源研究院
国能铁路装备有限责任公司
北京化工大学材料科学与工程学院
中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院
出处
《煤炭转化》
北大核心
2025年第4期37-47,共11页
基金
国家能源集团科技创新项目(GJNY-20-141)。
文摘
煤基中间相沥青(coal-based mesophase pitch,CMP)的组成决定着由其制备的石墨纤维的取向度,通过CMP的各向异性组分含量调控可实现石墨纤维的可控制备和性能提升。以精制煤沥青为原料,采用自升压-氮气吹扫两段热处理的方法制备CMP,获得了各向异性组分含量不同的CMP,经过熔融纺丝、不熔化、1300℃炭化及2800℃石墨化处理得到石墨纤维。采用有机元素分析、偏光显微结构分析、傅立叶红外光谱分析、基质辅助激光解析电离-飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)分析、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等多种表征手段分析了CMP的基本性质、分子结构、分子质量分布以及石墨纤维的微观结构,在此基础上研究了CMP的各向异性组分含量与其石墨纤维结构及性能的关系。结果表明:随着CMP的各向异性组分含量从43%增加到99%,沥青相对分子质量分布在1000 Da附近分离明显、相对分子质量分布变窄,高相对分子质量的稠环芳烃平面大分子增多,沥青可纺性能呈现先提高后降低的趋势,沥青分子有序度增强,有序度指数(OI)从0.443增强至0.544。CMP的各向异性组分含量增加,在一定程度上促进石墨纤维的微晶结构沿着纤维轴向择优取向,有助于石墨微晶缺陷的减少,石墨纤维的截面形貌具有明显辐射纹理,石墨片层平行排列规整且紧密。以各向异性组分含量为99%的CMP为前驱体制备的石墨纤维具有更加完善的石墨结构,其拉伸强度和模量分别达到1.96 GPa和449 GPa。
关键词
中间相沥青
各向异性组分含量
可纺性能
石墨纤维
微观结构
力学性能
Keywords
mesophase pitch
anisotropic component content
spinnability
graphite fibers
microstructure
mechanical property
分类号
TQ342.742 [化学工程—化纤工业]
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作者
出处
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1
煤基中间相沥青中各向异性组分含量对石墨纤维性能的影响
杨靖东
王蒙
张翠清
蒋晨光
张明辉
宋怀河
王永刚
《煤炭转化》
北大核心
2025
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