中间相沥青纤维基自粘结炭材料的成型与微观形貌研究

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作者：费又庆徐争博袁剑民赵玉飞李维维占莹
来源：《湖南大学学报·自然科学版》2013年第10期
基金项目：湖南大学“汽车车身先进设计与制造国家重点实验室课题（734215002）
作者简介：费又庆（1963-），男，内蒙古人，湖南大学教授
摘要：实验采用热重分析模拟中间相沥青纤维的预氧化过程，然后利用热机械分析对沥青纤维径向热压变形行为及热压自粘结过程进行了研究，并借助扫描电镜观察自粘结沥青纤维板和自粘结炭纤维板的微观形貌.当沥青纤维氧化增重量为21%时，纤维径向变形率可达36%，易于自粘结成型，所得自粘结板表面平整，纤维接触面紧密粘结.当氧化增重量为13%时，热压使沥青纤维的微晶取向破坏而融化，不能自粘结成型当氧化增重量大于33%时，沥青纤维的径向变形率很小，自粘结性能差.
关键词：氧化；中间相沥青纤维；热变形；自粘结；微观形貌
中图分类号：TQ342742文献标识码：A
科技的发展使得现代仪器设备向微型、轻量、精密高效的方向发展，同时也造成现代仪器设备的功率密度越来越高，其运行过程中会产生大量的热能，热量的聚集会严重影响设备的稳定性、安全性和使用寿命传统意义上的散热材料已经不能满足需要，炭及石墨材料因具有高导热低密度等优异性能，在上述领域具有广阔的应用前景[1-4]
中间相沥青基炭纤维（MPCF）具有较高的择优取向和较少的晶格缺陷，热导率可达1 120 W·m-1·K-1[5]目前美国Amoco公司和日本三菱公司开发研制的高热导率MPCF走在世界
的前沿，已开发了具有高导热的连续、短切、磨碎炭纤维以MPCF为增强导热原料，采用化学气相渗炭技术或中间相沥青浸渍成炭技术，可以制备密度小、低热膨胀、耐热冲击、导热性能良好、高机械强度的炭/炭复合材料在这种导热炭/炭复合材料中，基体炭起到粘结剂的作用，可以提高机械性能，但基体炭的加入常常会使复合材料的热导率降低[6]为消除基体炭的影
响，Amoco公司采用与K1100X相同的中间相沥青为原料，经初生中间相纤维预氧化、热模压、炭化、约3 000 ℃石墨化后制得无粘结剂自增强ThermalGraphTM导热板，炭纤维体积分数为82%时室温热导率可达746 W·m-1·K-1[7-9].马兆昆等人以日本三菱公司进口的AR中间相沥青为前驱体，通过纺丝获得沥青微晶有序排列结构的带状纤维，然后对纤维进行适度氧化处理，再经铺层、压制、2 800 ℃左右石墨化处理制得室温热导率>600 W·m-1·K-1的自粘结块体。