薛政:可控中间相含量萘沥青的调制及其大直径炭纤维结构性能研究论文

薛政:可控中间相含量萘沥青的调制及其大直径炭纤维结构性能研究论文

本文主要研究内容

作者薛政(2019)在《可控中间相含量萘沥青的调制及其大直径炭纤维结构性能研究》一文中研究指出:中间相沥青基炭纤维具有高强高模、耐高温腐蚀的特性,又兼具优异的热电传导性能,是航空航天、国防工业等领域不可或缺的工程材料。沥青基炭纤维的显微结构是其物理性能的决定因素,而显微结构又与沥青先驱体的结构与性能直接相关,通过对沥青原料的调制可以实现炭纤维结构及性能的调控。本论文以萘沥青为原料,通过调控热缩聚工艺制备了具有不同中间相液晶含量的可纺沥青,并经熔融纺丝、氧化稳定化和高温炭化制备了大直径沥青基炭纤维。系统研究了萘沥青的热缩聚工艺条件,采用多种检测手段对合成沥青的结构和性能进行了表征。此外,研究了中间相液晶的含量对聚合沥青结构与性能(包括可纺性)的影响,并通过微观检测、拉伸试验及电阻率测试等分析方法对所制大直径炭纤维的结构和性能进行了分析,初步探讨了沥青原料内部中间相液晶含量对炭纤维结构和性能的影响。其主要结论如下:(1)热聚合温度、时间和压力等对中间相液晶的形成及转化有重要影响。在400440oC范围,反应温度升高,中间相液晶含量随之增大,当热缩聚温度达到440oC时反应过于剧烈产生焦化现象;在430oC下,随着聚合时间延长,中间相液晶从小球状逐渐向体中间相转化;提高反应体系压力,萘沥青聚合速率增加,同时抑制了芳烃大分子的裂解,与常压热聚合相比,可得到取向更为良好的广域结构中间相。萘沥青在反应温度为430oC、反应压力为4 MPa条件下聚合8h可以制备出各向异性含量接近100 vol.%,软化点适中(282oC)的广域流线型中间相沥青。采用合适的制备方法(直接热缩聚和空气氧化)并调控反应温度、聚合时间等工艺参数可以得到不同中间相含量(5 vol.%、30 vol.%、50 vol.%、75 vol.%、98 vol.%、100 vol.%)的萘沥青,通过进一步预处理,可以得到软化点在230290oC之间的可纺沥青。(2)中间相液晶含量对合成沥青的结构和性能有重要影响。随着聚合程度增加,合成沥青软化点升高,相应分子量和QI组分含量较高。中间相含量提高,液晶相从弥散的小球状逐渐向大域体织构转变,直至形成中间相含量接近100vol.%的广域流线型结构。适当脱轻组分预处理后,不同中间相含量合成沥青中的同性组分与异性组分可以形成较稳定的共存体系,在热态静置处理(6h)或熔融纺丝期间不发生明显相分离。中间相含量较低(5 vol.%)时,分散在同性组分中的小球状液晶在纺丝时产生应力集中,相对于同性沥青其纺丝性能明显降低;中间相含量约为30 vol.%时,液晶相球体尺寸增大并产生少量融并体,各向同性组分为主相,其力学性能较低,无法实现连续收丝;当中间相含量超过50 vol.%时,各向异性组分作为连续相,合成沥青的纺丝效果较好,且各向异性含量越高,沥青的可纺性能越好。经筛网过滤处理后,合成沥青的可纺性进一步提高,纺丝连续性和稳定性明显增加。(3)中间相液晶含量对所制大直径(Φ20μm)炭纤维微观结构和物理性能有重要影响。低中间相含量(5vol.%)合成沥青制备的纤维直径不均匀,拉伸强度明显低于各向同性可纺沥青所制炭纤维的强度。对于中间相含量大于50vol.%的可纺沥青,随中间相液晶含量增加,其对应炭纤维截面织构由无规结构向辐射结构转变,纤维内部分子排列逐渐规整,有序度增加,拉伸强度逐步提高,轴向电阻率明显降低,但是炭纤维更容易产生轴向劈裂,而且劈裂程度随沥青内中间相液晶含量增加而明显加剧。98 vol.%中间相含量合成沥青所制炭纤维的拉伸强度为840 MPa,轴向电阻率为2.6×10-5Ω.m。降低原料萘沥青灰分至170ppm所制高中间相含量(100 vol.%)合成沥青的可纺性显著提高,所制大直径炭纤维的拉伸强度可以提高至980 MPa。

Abstract

zhong jian xiang li qing ji tan qian wei ju you gao jiang gao mo 、nai gao wen fu shi de te xing ,you jian ju you yi de re dian chuan dao xing neng ,shi hang kong hang tian 、guo fang gong ye deng ling yu bu ke huo que de gong cheng cai liao 。li qing ji tan qian wei de xian wei jie gou shi ji wu li xing neng de jue ding yin su ,er xian wei jie gou you yu li qing xian qu ti de jie gou yu xing neng zhi jie xiang guan ,tong guo dui li qing yuan liao de diao zhi ke yi shi xian tan qian wei jie gou ji xing neng de diao kong 。ben lun wen yi nai li qing wei yuan liao ,tong guo diao kong re su ju gong yi zhi bei le ju you bu tong zhong jian xiang ye jing han liang de ke fang li qing ,bing jing rong rong fang si 、yang hua wen ding hua he gao wen tan hua zhi bei le da zhi jing li qing ji tan qian wei 。ji tong yan jiu le nai li qing de re su ju gong yi tiao jian ,cai yong duo chong jian ce shou duan dui ge cheng li qing de jie gou he xing neng jin hang le biao zheng 。ci wai ,yan jiu le zhong jian xiang ye jing de han liang dui ju ge li qing jie gou yu xing neng (bao gua ke fang xing )de ying xiang ,bing tong guo wei guan jian ce 、la shen shi yan ji dian zu lv ce shi deng fen xi fang fa dui suo zhi da zhi jing tan qian wei de jie gou he xing neng jin hang le fen xi ,chu bu tan tao le li qing yuan liao nei bu zhong jian xiang ye jing han liang dui tan qian wei jie gou he xing neng de ying xiang 。ji zhu yao jie lun ru xia :(1)re ju ge wen du 、shi jian he ya li deng dui zhong jian xiang ye jing de xing cheng ji zhuai hua you chong yao ying xiang 。zai 400440oCfan wei ,fan ying wen du sheng gao ,zhong jian xiang ye jing han liang sui zhi zeng da ,dang re su ju wen du da dao 440oCshi fan ying guo yu ju lie chan sheng jiao hua xian xiang ;zai 430oCxia ,sui zhao ju ge shi jian yan chang ,zhong jian xiang ye jing cong xiao qiu zhuang zhu jian xiang ti zhong jian xiang zhuai hua ;di gao fan ying ti ji ya li ,nai li qing ju ge su lv zeng jia ,tong shi yi zhi le fang ting da fen zi de lie jie ,yu chang ya re ju ge xiang bi ,ke de dao qu xiang geng wei liang hao de an yu jie gou zhong jian xiang 。nai li qing zai fan ying wen du wei 430oC、fan ying ya li wei 4 MPatiao jian xia ju ge 8hke yi zhi bei chu ge xiang yi xing han liang jie jin 100 vol.%,ruan hua dian kuo zhong (282oC)de an yu liu xian xing zhong jian xiang li qing 。cai yong ge kuo de zhi bei fang fa (zhi jie re su ju he kong qi yang hua )bing diao kong fan ying wen du 、ju ge shi jian deng gong yi can shu ke yi de dao bu tong zhong jian xiang han liang (5 vol.%、30 vol.%、50 vol.%、75 vol.%、98 vol.%、100 vol.%)de nai li qing ,tong guo jin yi bu yu chu li ,ke yi de dao ruan hua dian zai 230290oCzhi jian de ke fang li qing 。(2)zhong jian xiang ye jing han liang dui ge cheng li qing de jie gou he xing neng you chong yao ying xiang 。sui zhao ju ge cheng du zeng jia ,ge cheng li qing ruan hua dian sheng gao ,xiang ying fen zi liang he QIzu fen han liang jiao gao 。zhong jian xiang han liang di gao ,ye jing xiang cong mi san de xiao qiu zhuang zhu jian xiang da yu ti zhi gou zhuai bian ,zhi zhi xing cheng zhong jian xiang han liang jie jin 100vol.%de an yu liu xian xing jie gou 。kuo dang tuo qing zu fen yu chu li hou ,bu tong zhong jian xiang han liang ge cheng li qing zhong de tong xing zu fen yu yi xing zu fen ke yi xing cheng jiao wen ding de gong cun ti ji ,zai re tai jing zhi chu li (6h)huo rong rong fang si ji jian bu fa sheng ming xian xiang fen li 。zhong jian xiang han liang jiao di (5 vol.%)shi ,fen san zai tong xing zu fen zhong de xiao qiu zhuang ye jing zai fang si shi chan sheng ying li ji zhong ,xiang dui yu tong xing li qing ji fang si xing neng ming xian jiang di ;zhong jian xiang han liang yao wei 30 vol.%shi ,ye jing xiang qiu ti che cun zeng da bing chan sheng shao liang rong bing ti ,ge xiang tong xing zu fen wei zhu xiang ,ji li xue xing neng jiao di ,mo fa shi xian lian xu shou si ;dang zhong jian xiang han liang chao guo 50 vol.%shi ,ge xiang yi xing zu fen zuo wei lian xu xiang ,ge cheng li qing de fang si xiao guo jiao hao ,ju ge xiang yi xing han liang yue gao ,li qing de ke fang xing neng yue hao 。jing shai wang guo lv chu li hou ,ge cheng li qing de ke fang xing jin yi bu di gao ,fang si lian xu xing he wen ding xing ming xian zeng jia 。(3)zhong jian xiang ye jing han liang dui suo zhi da zhi jing (Φ20μm)tan qian wei wei guan jie gou he wu li xing neng you chong yao ying xiang 。di zhong jian xiang han liang (5vol.%)ge cheng li qing zhi bei de qian wei zhi jing bu jun yun ,la shen jiang du ming xian di yu ge xiang tong xing ke fang li qing suo zhi tan qian wei de jiang du 。dui yu zhong jian xiang han liang da yu 50vol.%de ke fang li qing ,sui zhong jian xiang ye jing han liang zeng jia ,ji dui ying tan qian wei jie mian zhi gou you mo gui jie gou xiang fu she jie gou zhuai bian ,qian wei nei bu fen zi pai lie zhu jian gui zheng ,you xu du zeng jia ,la shen jiang du zhu bu di gao ,zhou xiang dian zu lv ming xian jiang di ,dan shi tan qian wei geng rong yi chan sheng zhou xiang pi lie ,er ju pi lie cheng du sui li qing nei zhong jian xiang ye jing han liang zeng jia er ming xian jia ju 。98 vol.%zhong jian xiang han liang ge cheng li qing suo zhi tan qian wei de la shen jiang du wei 840 MPa,zhou xiang dian zu lv wei 2.6×10-5Ω.m。jiang di yuan liao nai li qing hui fen zhi 170ppmsuo zhi gao zhong jian xiang han liang (100 vol.%)ge cheng li qing de ke fang xing xian zhe di gao ,suo zhi da zhi jing tan qian wei de la shen jiang du ke yi di gao zhi 980 MPa。

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  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自武汉科技大学的薛政,发表于刊物武汉科技大学2019-07-16论文,是一篇关于萘沥青论文,中间相沥青论文,中间相含量论文,可纺性论文,炭纤维论文,武汉科技大学2019-07-16论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自武汉科技大学2019-07-16论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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