煤焦油基中间相沥青和碳泡沫的制备及结构与性能研究

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1、东华大学硕士学位论文摘要煤焦油基中间相沥青和碳泡沫的制备及结构与性能研究摘要1998年，美国橡树岭国家实验室(theOakRidgeNationalLaboratory)报道一种以中间相沥青为原料制备的导热系数高达150W／(m．k)、密度仅为O．5g／cm3的新型碳泡沫。该碳泡沫是一种极好的散热材料，应用前景十分广阔。目前，碳泡沫作为散热材料已被应用到计算机和汽车的散热装置，并逐渐被使用在国防、航天航空和航海等领域，被看作本世纪最具有潜在市场的新材料之一。中间相沥青(液晶相沥青)是一种相对分子质量为370～2000的

2、多种扁盘状稠环芳烃组成的混合物，由于它来源丰富、价格低廉和性能优异而被确立为新型碳材料的优秀前躯体，可低成本制造出高性能碳纤维、碳泡沫和高强高模碳／碳复合材料。本研究利用国产煤焦油基中间相沥青制备高导热性碳泡沫，主要内容包括：中间相沥青和碳泡沫的制备、表征及结构性能研究。本论文以初始煤焦油基沥青为原料，通过研究和优化热处理温度、时间和惰性保护等影响沥青热解的参数，制备出中间相含量为40～70％的中间相沥青。并借助红外光谱(IR)、溶解试验、广角X一衍射(WAXD)、偏光显微镜(POM)和热失重分析(TGA)等方法来表征

3、中间相沥青。结果表明，450。C氮气保护下热处理4小东华大学硕士学位论文摘要时得到的中间相沥青最适合制备新型碳泡沫。沥青泡沫的制备主要有两种方法，一种是发泡剂法，另一种为高压发泡法。本研究用高压发泡法来制备沥青泡沫。通过研究和优化发泡过程中升温速率、保温时间和发泡速率等工艺参数，制备出孔径尺寸为200～400lam、密度为0．4～0．79／cm3和开孔率高达70％且发泡均匀的沥青泡沫。将沥青泡沫在1200。C碳化和2600。C石墨化后，最终制备出导热系数高达103W／(m·k)的碳泡沫。通过对碳泡沫导热性能的分析比较，

4、及借助WAXD和SEM等对泡沫结晶性能和形态结构的分析发现，同一碳泡沫样品在z一方向的导热系数大于在X一方向的导热系数，约高出2～5倍；发泡过程和碳化过程中升温速率对泡沫的导热性能有重要的影响，升温速率越慢，制得样品的导热系数越高。基于碳泡沫优异的性能、广阔的应用前景和廉价的原材料来源，本论文对碳泡沫制备及结构性能的研究，对我国碳材料领域新的发展将会有极其重要的意义。关键词：沥青，中间相沥青，沥青泡沫，碳泡沫，石墨化泡沫，导热率II东华大学硕士学位论文摘要THEPREPARATIONANDCHARACTERIZATIo

5、NoFCoAL．TAR．BASEDPITCHCARBoNFoAMABSTRACTIntheyearof1998，KlettattheOakRidgeNationalLaboratoryreportedanovelgraphiticfoam．Thefoamhasexcellentbulkconductivity,higherthan150W／(m·k)，andlowdensityabout0．5g／cm3．Thefoamcanthereforebeusedasgoodthermalconductingmaterialfo

6、rmanyspecialusages．Asathermalconductingmaterial，thefoamhasbeenusedforcoolingofcomputerchips，automobileenginesandespeciallyforspecialapplicationssuchasspaceflightandnavigationvessels．Thefoamhasthereforeconsideredasoneofthemostimportantmaterialswithpotentialmarket

7、for21century．Mesophasepitch(1iquidcrystalpitch)wasdefinedtobeamixtureofplanarcondensedaromaticmaterialwithmolecularweightarranging1jrom370to2000．Duetoitsrichsource，lowcostandexcellentproperties，mesophasepitchhasbeenconsideredasanadvancedprecursorforcarbonfiber,c

8、arbonfoamandhighstrengthhighmodulus东华大学硕士学位论文摘要C／Ccomposites．Thethesiswasfocusedonthepreparationandcharacterizationofcoal—tar-basedmesophasepitchandhighperformancecar