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            淺談高性能瀝青基碳纖維原料-中間相瀝青
             

             瀝青基碳纖維按性能分為通用級碳纖維和高性能碳纖維。通用級瀝青碳纖維因其強度和模量都較低,主要應用在保溫材料領域。而高性能瀝青基碳纖維具有高模量、高強度、高導熱、耐高溫、耐腐蝕等優良性能,是航空航天工業不可缺少的工程材料。

             高性能瀝青基碳纖維是由中間相瀝青經過熔融紡絲、預氧化、碳化、石墨化等工序而制成的特種纖維。碳纖維工藝過程中缺陷往往都有繼承性,所以中間相瀝青的質量最大程度決定了最后碳纖維的性能。

             自上世紀60年代有人在瀝青類物料液相炭化中發現各向異性小球以來,人們對其瀝青液相炭化過程做了大量研究。研究發現,瀝青類物質在向固體半焦過渡時會有一種中間狀態,此狀態下,瀝青呈現各向異性,人們就借用液晶學中的術語,稱此狀態下的瀝青為中間相瀝青。中間相瀝青來源豐富、性能優異是很多高級炭素材料的母體,除可以制備高性能瀝青基碳纖維以外,還可以制備中間相炭微球以及中間相瀝青基泡沫炭等產品,其中瀝青基碳纖維是最具有發展前途的高性能結構材料。

             中間相瀝青是通過普通瀝青、重質油、煤焦油或純芳香化合物等原料經過熱縮聚反應制得的。與普通瀝青相比,其分子量較高(幾百到幾千),具有很大的C/H比,軟化點一般在230~300之間。紡絲用中間相瀝青要求在軟化點溫度以上要有較低的溶體粘度,同時要保證內部結構穩定(長時間不分解),這樣才能有利于中間相瀝青的進一步加工。

             煤焦油是焦化工業的重要產品之一。利用煤焦油制備中間相瀝青思路跟石油瀝青制備中間相瀝青相似,最主要的是除去輕組分,留下重組分。與石油瀝青不同的是,煤焦油的瀝青分子中含氫較少,所以在瀝青調制過程中往往需要加入氫源,從而調節煤焦油瀝青的活性,同時還可以改善中間相瀝青的軟化點。

             除了做高性能瀝青基碳纖維以外,中間相瀝青還有很多應用:

             1 利用中間相瀝青做粘結劑

             中間相瀝青具有良好的燒結性,可以直接作為壓粉使用,而不用加入其它粘結劑,這樣在制備石墨制品時可以簡化混捏、浸漬、焙燒等工序。中間相瀝青具有高殘炭率、高密度以及易石墨化等優點,同時與普通瀝青為原料制得的同類產品相比,具有高的強度、密度、導電和導熱性能。

             2 利用中間相瀝青制備泡沫炭材料

             中間相瀝青基泡沫炭是由中間相瀝青經過發泡工藝制得的一種新型多孔材料。這種炭材料由于具有低密度、開放的孔結構、優異的力學性能、良好的熱穩定性和可調節的導電導熱性能有望應用于火箭發動機噴嘴和火箭抗沖擊與減噪發射平臺、引擎部件、飛機和輪船等的耐火門窗、高性能熱傳導散熱系統以及儲能的電極和催化劑載體 。

            3 中間相瀝青基炭/炭復合材料

            中間相瀝青基炭/炭復合材料中間相瀝青具有高殘炭率、高密度和易石墨化等優點,是一種理想的炭/炭復合材料的前體。中間相瀝青基炭/炭復合材料通常采用循環的浸漬和炭化來合成,并在不同領域得到了廣泛的應用,主要歸功于它具備許多優異的特性,如低的體積密度、高的機械強度、良好的導熱性、低的熱膨脹系數和惰性氣氛下好的耐摩擦性能。

             4 中間相炭微球

             中間相炭微球由于其高反應性可以在很寬的條件下被活化,其堆積密度高、易石墨化、熱穩定性良好及導電導熱性能優越,使得中間相炭微球成為引人矚目的制備高性能炭材料的優質前驅體。以炭微球為原料制得的活性炭具有超高表面積活性,比表面積遠遠超過活性炭纖維和瀝青基球狀活性炭。改變制備條件可得到不同孔隙體積、不同粒度的中間相炭微球活性炭,可作為分子篩用以分離不同的氣體。

             隨著科技的發展人們對新型碳材料的需求日益增加,碳材料已成為一個數量龐大而種類多樣的應用材料,從日常生活到高科技航空航天工業領域,中間相瀝青為基礎的碳材料都在其中起著至關重要的作用。

             

             

             

             

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