石墨烯/中间相沥青基复合炭纤维的制备及其结构性能研究

发布时间：2021-04-26 12:37

　　中间相沥青基炭纤维（Mesophase pitch-based carbon fiber, MPCF）因其低密度、高模量、高热导率等优异性能被广泛应用于宇航、汽车、军工、电子器件、生物、能源等多个领域。但是与PAN基炭纤维相比,中间相沥青基炭纤维的抗拉和抗压强度较低,不仅使其制备过程变得困难,还严重影响了它的更广泛的应用。所以一种在提高中间相沥青基炭纤维力学性能的同时又不会影响到其传导性能和模量的方法很值得期待。石墨烯作为近年来研究的热点,有极好的强度,单层石墨烯的导热率接近理论值,但是目前还难以单独宏观使用,大部分情况下是作为填料使用。我们以石墨烯作为填料,中间相沥青为主要原料制备石墨烯/中间相沥青基复合纤维。通过溶液法混合不同比例（0%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%）的石墨烯和中间相沥青,用平板流变仪分析其流变性能,发现中间相沥青的储能模量、损耗模量、损耗系数和粘度均随着温度的升高而降低,流动性增强,并在320℃附近开始出现低粘平稳区；且同一温度下中间相沥青的粘度随着石墨烯含量的增加而增大。然后根据以上对中间相沥青流变性能的分析,确定纺丝温度区间并进行熔融纺丝、不熔化、... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 炭纤维的分类
    1.3 沥青基炭纤维的发展
        1.3.1 国外沥青基炭纤维的发展概况
        1.3.2 国内沥青基炭纤维的发展概况
    1.4 中间相沥青基炭纤维的制备
        1.4.1 中间相沥青的形成与制备
        1.4.2 熔融纺丝
        1.4.3 不熔化
        1.4.4 炭化
        1.4.5 石墨化
    1.5 中间相沥青基炭纤维的结构与性能
    1.6 复合炭纤维研究现状
    1.7 选题的背景和研究内容
        1.7.1 选题的背景
        1.7.2 本课题研究的内容
第二章 材料与方法
    2.1 原材料
    2.2 实验仪器与测试设备
    2.3 样品制备
        2.3.1 石墨烯的制备
        2.3.2 复合纤维的制备
    2.4 分析方法
        2.4.1 扫描电子显微镜
        2.4.2 高分辨透射电子显微镜
        2.4.3 X射线衍射仪
        2.4.4 热重分析测试仪
        2.4.5 单丝强力仪
        2.4.6 旋转流变仪
        2.4.7 单丝电阻率和热导率的测试
        2.4.8 取向度的测试
        2.4.9 激光拉曼光谱分析测试
第三章 中间相沥青基复合炭纤维的制备
    3.1 石墨烯的结构分析
        3.1.1 XRD分析
        3.1.2 SEM和HRTEM分析
    3.2 添加石墨烯后中间相沥青可纺性评价
        3.2.1 热稳定性能分析
        3.2.2 流变性能分析
    3.3 不熔化工艺条件对纤维性能的影响
        3.3.1 不熔化升温速率
        3.3.2 不熔化最终温度
    3.4 热处理温度对纤维结构和性能的影响
        3.4.1 HRTEM分析
        3.4.2 拉曼光谱分析
    3.5 本章小结
第四章 石墨烯对复合纤维的制备与结构性能的影响
    4.1 石墨烯的添加对不熔化过程的影响
    4.2 石墨烯对复合纤维结构与性能的影响
        4.2.1 截面结构
        4.2.2 力学性能
        4.2.3 传导性能
        4.2.4 晶体结构
        4.2.5 取向度
    4.3 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师和作者简介
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书


【参考文献】：
期刊论文
[1]低软化点可溶性中间相沥青的制备[J]. 李晓炜,马兆昆,宋怀河,陆彦江,赵永华.  炭素技术. 2014(02)
[2]高导热炭纤维的研究进展[J]. 马兆昆,宁淑丽,宋怀河.  北京化工大学学报(自然科学版). 2014(01)
[3]高导热中间相沥青基炭纤维的微观结构分析[J]. 袁观明,李轩科,董志军,周婧,崔正威,从野,张中伟,王俊山.  功能材料. 2011(10)
[4]萘基中间相沥青制备碳纤维[J]. 伍孝,林源,余洋,永学键,史景利,刘朗.  化工新型材料. 2011(06)
[5]纺丝工艺对带形中间相沥青基石墨纤维取向结构及热导率的影响[J]. 马兆昆,刘朗,刘杰.  无机材料学报. 2010(09)
[6]炭化温度对中间相沥青基炭纤维性能的影响[J]. 路忠跃,迟伟东,沈曾民,刘辉,于建民.  北京化工大学学报(自然科学版). 2008(01)
[7]纺丝温度对新型高导热碳材料性能的影响[J]. 马兆昆,史景利,刘朗,郭全贵,翟更太.  宇航材料工艺. 2006(05)
[8]沥青基碳纤维的发展和应用[J]. 马运志.  山东纺织经济. 2006(03)
[9]中间相沥青基泡沫炭的制备及性能[J]. 闫曦,史景利,宋燕,郭全贵,刘朗.  宇航材料工艺. 2006(02)
[10]中间相沥青不熔化纤维自烧结制备高传导性炭材料研究[J]. 马兆昆,史景利,刘朗,宋进仁,郭全贵,翟更太.  新型炭材料. 2005(03)

硕士论文
[1]中间相沥青基碳纤维预氧化及炭化过程中结构转变规律的研究[D]. 孙进.北京化工大学 2013



本文编号：3161424