隨著社會的進步,工業(yè)的發(fā)展,能源短缺的問題越發(fā)突出,而大部分能源是通過在各種裝置中轉(zhuǎn)化為熱能進行應(yīng)用的,因此采用新技術(shù)、改進生產(chǎn)工藝、開發(fā)具有隔熱性能的節(jié)能材料已成為科技研發(fā)的方向。纖維增強多孔碳基隔熱材料是節(jié)能減耗的復(fù)合材料之一,其應(yīng)用非常廣泛,如:航天、機械、建筑、存儲等,在應(yīng)用過程中主要起吸聲、隔熱、保溫等作用,由此可見,研究多孔碳基復(fù)合材料很有現(xiàn)實意義。本文先以堿催化法合成了環(huán)境友好型的水溶性酚醛樹脂,再通過水熱合成反應(yīng)制備了碳球粒子,然后將二者混合制備出多孔碳前驅(qū)體,經(jīng)過高溫?zé)崽幚砗蟮玫蕉嗫滋�。利用紅外光譜分析儀(FT-IR)對水溶性酚醛樹脂及碳球的化學(xué)結(jié)構(gòu)進行了分析表征。利用微機控制電子萬能試驗機、掃描電子顯微鏡(SEM)、激光導(dǎo)熱儀和差示掃描量熱儀(DSC)等對多孔碳的力學(xué)性能、微觀形貌及熱性能進行了表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn):碳球添加量為10%時,制備出的多孔碳綜合性能最佳;該多孔碳的表觀密度為1.035 g·cm~(-3);壓縮強度為7.04 MPa,壓縮斷裂模式為脆性斷裂;彎曲強度為7.69 MPa;同時,表現(xiàn)出了良好的抗熱震性能。測定其導(dǎo)熱系數(shù),發(fā)現(xiàn)該多孔碳在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.097 W·m~(-1)·℃~(-1),300℃下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.241 W·m~(-1)·℃~(-1)。為了制備性能良好的多孔碳基復(fù)合材料,我們選擇自身性能優(yōu)良的高硅氧玻璃纖維為增強材料,形成碳球、高硅氧玻璃纖維及水溶性酚醛樹脂的混合體系,通過碳化過程,得到多孔碳基復(fù)合材料。利用微機控制電子萬能試驗機、掃描電子顯微鏡(SEM)、激光導(dǎo)熱儀等對多孔碳基復(fù)合材料的力學(xué)性能、微觀形貌及熱性能進行了表征。結(jié)果表明:當(dāng)纖維添加量為6%時,多孔碳基復(fù)合材料的各項性能較佳。其壓縮強度和彎曲強度分別為7.55 MPa和8.20 MPa,抗熱震性能良好,與多孔碳材料相比,多孔碳基復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)略有增加,在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.254W·m~(-1)·℃~(-1),300℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.442 W·m~(-1)·℃~(-1)。同時基于ANSYS有限元分析軟件,對多孔碳的傳熱過程進行了探索性的模擬,通過溫度分布云圖,得到傳熱模型。可以看出每個泡孔區(qū)域,均涵蓋多個不同溫區(qū),這是因為氣體的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于固相熱導(dǎo)率造成的。
【學(xué)位單位】：西安工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB332
【部分圖文】：

（a）網(wǎng)狀開孔型[2]（b）閉孔微球型[3]圖 1-1 兩種不同結(jié)構(gòu)多孔碳的掃面電鏡（SEM）圖片 20 世紀(jì) 60 年代就有學(xué)者對多孔碳進行了早期研究。他們通過高沫的方法，得到了具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的玻璃態(tài)多孔碳（RVC foam），用于航空航天、能量儲存、過濾裝置及催化劑等領(lǐng)域，也由此開新篇章。近年來，多孔碳的研究依舊是科學(xué)家和廣大學(xué)者的研究涉及多孔碳的制備、應(yīng)用及性能優(yōu)化等。目前多孔碳的制備方法泡法[8-12]、模板法[13-15]、溶膠-凝膠法[16-17]、高頻振動光束法[18]、。多孔碳以其獨特的微觀結(jié)構(gòu)、較高的孔隙率及較大的比表面積、優(yōu)異的耐腐蝕性能及良好的吸附性能等特性[21]，在航空航天[2級電容器[27-29]、電磁屏蔽材料[30-31]、熱控材料[32-34]、過濾及吸附體[21,37-38]、儲能材料[39-40]、機械材料[41-42]等領(lǐng)域中均得到了十分[43,44]

13圖 2-1 制備碳球的實驗裝置3）多孔碳前驅(qū)體的制備工藝 稱取適量的自制水溶性酚醛樹脂于燒杯定含量（5 wt.%，10 wt.%，15 wt.%，20 wt.%）稱取模板粒子（碳球，機械攪拌一段時間后，超聲分散 2~3 h，形成均相混合體系，注入模具中進行模壓成型；室溫下放置 20~24 h，然后置于烘箱中固化（藝為：65℃恒溫 7~8 h，80℃恒溫 3~4 h，105℃恒溫 7~8 h，120℃恒溫時長為 20~24 h。），隨后將模具取出，冷卻至室溫，脫模，即得到多多孔碳的制備固化所得的多孔碳前驅(qū)體裝入氧化鋁瓷舟，置于管式電阻爐中，在 N進行程序化升溫加熱碳化，升溫控制如下：以 1.5 ℃·min-1升溫速率由350℃，保持 30 min；再以 1.5 ℃·min-1的速率升至 500℃，恒溫 1 h，

（b）圖 2-4 彎曲強度測試裝置配制圖和試樣尺寸圖（a）彎曲強度測試裝置配制圖；（b）彎曲強度測試試樣尺寸圖析（TG）國TA公司生產(chǎn)的Q500型熱重分析儀對多孔碳前驅(qū)體的熱失重用于指導(dǎo)碳化工藝的制定。件：N2氣氛，升溫速率為 15 ℃·min-1。描量熱分析（DSC）國 TA 公司生產(chǎn)的 Q2000 型差示掃描量熱分析儀測試多孔碳和比熱容，用于導(dǎo)熱系數(shù)的計算。件：N2氣氛，升溫速率為 3 ℃·min-1。性能測試

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 宋傳江;王虎;;玻璃纖維增強復(fù)合材料工程化應(yīng)用進展[J];中國塑料;2015年03期

2 江峰;李灑;彭志堅;汪長安;;利用碳模板制備ZrO_2亞微米空心球[J];硅酸鹽學(xué)報;2014年09期

3 曾祥云;楊萬里;楊嬌;高美珍;;單分散碳球的制備及其表征[J];材料導(dǎo)報;2014年02期

4 盧杰;楊中甲;顧軼卓;李敏;張佐光;;玻璃纖維增強體形式對酚醛泡沫性能的影響[J];復(fù)合材料學(xué)報;2014年06期

5 江學(xué)良;杜銀;王維;楊浩;任軍;;均相沉淀模板法制備納米Y_2O_3空心球研究[J];稀有金屬材料與工程;2014年01期

6 王宇;張俊偉;林永龍;;有限元分析軟件Ansys在模態(tài)分析中的應(yīng)用[J];起重運輸機械;2013年11期

7 楊彥峰;何繼敏;陳同海;薛平;;玻璃纖維改性酚醛泡沫塑料的研究[J];工程塑料應(yīng)用;2013年08期

8 陳博;;復(fù)合材料發(fā)展現(xiàn)狀要略[J];高科技纖維與應(yīng)用;2012年06期

9 周宇飛;朱熠;;新型纖維增強復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用[J];汽車工藝與材料;2012年10期

10 段建軍;楊珍菊;張世杰;劉濤;代麗麗;;纖維復(fù)合材料在裝甲防護上的應(yīng)用[J];纖維復(fù)合材料;2012年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 任斌;基于碳球模板法的功能型納米材料的合成與應(yīng)用[D];重慶大學(xué);2016年

2 劉琛;SiOC基陶瓷改性碳纖維骨架復(fù)合材料及其抗氧化涂層研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 王斌;炭泡沫及C/C-炭泡沫組合材料的制備與性能研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2014年

4 張成麗;新型多孔碳基復(fù)合材料的制備及其在能源環(huán)境中的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 董曉鋒;玻璃纖維增強復(fù)合材料包裝箱優(yōu)化設(shè)計研究[D];寧波大學(xué);2017年

2 李雪娜;空心碳球的可控制備及其在CO_2吸附領(lǐng)域的研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

3 吳夢飛;高強低導(dǎo)熱六鋁酸鈣輕質(zhì)隔熱材料的制備研究[D];武漢科技大學(xué);2016年

4 賀宗晶;輕質(zhì)C/C隔熱材料的制備及性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 曾祥云;高效光催化金屬氧化物空心球的制備及其性能研究[D];蘭州大學(xué);2015年

6 蔡海濤;二氧化錫空心球材料的制備及其氣敏特性研究[D];大連理工大學(xué);2015年

7 陳然;酚醛樹脂基泡沫炭的制備及其結(jié)構(gòu)控制[D];華東理工大學(xué);2015年

8 張世超;低導(dǎo)熱納米氧化硅隔熱材料的制備及性能研究[D];中國建筑材料科學(xué)研究總院;2015年

9 賈曼玲;堿改性多孔碳材料的制備及氣體吸附性能研究[D];河北科技大學(xué);2014年

10 萬里;有序介孔碳基復(fù)合材料的可控合成及性能研究[D];上海大學(xué);2014年

本文編號：2819794