炭材料用基体前驱体煤沥青改性的研究

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1、西北工业大学硕士学位论文炭材料用基体前驱体煤沥青改性的研究姓名：宋士华申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：李铁虎20021201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

2、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。(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(CondensedPoly．nuclearAromatic)树脂。该反应为质子催化下的阳离子型

3、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。关键词：炭材料煤沥青改性缩合多环芳烃树脂反应机理AbstractCarbon—fibnc—reinforcedcarboncomposite(c／cforshort)isalladvancedcompositewithexcellentphysical，chemicalandmechanicalbehaviorincarbonmaterials，whichisakindofinorganicmaterialwithexcellentproperties．Howe

4、ver,theapplicationanddevelopmentofC／Ccompositehavebeengreatlyobstructedduetoitsllighpriceandcomplicatedprocess．whichmakeitonlyappliedtotheaeronauticandsomehi曲一techindustriesatpresent．Accordingly,studyonC／Ccompositewithlowpriceandsatisfactorypropertieshavebeendrawnattentiontomanydevelopedcountri

5、esItiscrucialtOdevelopamatrixprecursorthatcallmarkedlyreducetheproductioncostandimprovethepropertiesofthecomposite．Inthispaper,themodificationofcoaltarpitchasacarbonprecursorisinvestigatedUndertheactionofanacidcatalyst，thecondensedpoly—nucleararomatic(COPNA)resinissynthesizedusingmedium-tempera

6、turecoalt￡trpitchandp-methylbenzaldehydeasacross-linkingagent．Theresinwithhigherratioofpropertytocost他pc)maybeusedtobeallexcellentcarbonprecursorforC／Ccomposite．ThereactionmechanismofCOaltarpitchmodifiedhasbeenstudiedwithFT-IRspectrum．1H-NMRspectrumandSEM．Andmedium-phasedbehaviorshavebeenstudie

7、dwithFT～IRspectrum．elementanalysisandmicrosla-uctureanalysisDSCandTGAetc．havebeenusedtoanalyzethestructureandthermalpropertiesoftheresin．Onthebaseofthis，anoverallanalysisoftheeffectOnmatedalratioandreactionconditionagainsttheprope