以中間相瀝青基炭纖維和中間相瀝青為主要原料,并添加一定量多壁碳納米管,通過熱壓成型和高溫?zé)崽幚砉に囍苽湟痪S高導(dǎo)熱C/C復(fù)合材料。采用偏光顯微鏡、掃描電鏡、激光熱導(dǎo)儀、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等對(duì)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明,碳納米管的添加導(dǎo)致復(fù)合材料的孔隙率下降和體積密度升高,而且對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能及不同方向的導(dǎo)熱性能都有顯著影響。隨著碳納米管添加量的增加,復(fù)合材料沿炭纖維軸向的室溫?zé)釘U(kuò)散系數(shù)逐漸降低,而垂直于纖維軸向的抗彎強(qiáng)度和室溫?zé)釘U(kuò)散系數(shù)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。經(jīng)過2900℃石墨化處理后,添加體積分?jǐn)?shù)3%碳納米管的復(fù)合材料垂直于纖維軸向的抗彎強(qiáng)度為113.4 MPa、熱擴(kuò)散系數(shù)為40.1mm²/s,較未摻雜碳納米管時(shí)分別提高了56%和79%。 

【文章來源】：武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2017,40(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１添加不同體積分?jǐn)?shù)碳納米管所制試樣的體積密度隨熱處理溫度的變化

結(jié)構(gòu)。在圖３（ｃ）和圖３（ｄ）中可以觀察到與圖２中沿纖維軸向截面較為一致的形貌結(jié)構(gòu)。由圖３（ｃ）可見，纖維間瀝青由于體積收縮不一致形成類似鋸齒結(jié)構(gòu)，且存在較多孔隙。與未添加碳納米管樣品相比，復(fù)合材料中添加一定量的碳納米管后（圖３（ｄ）），材料表面結(jié)構(gòu)更加粗糙，部分區(qū)域被瀝青炭完全包覆，無明顯開裂現(xiàn)象，這些變化都會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料孔隙率下降、體積密度提高，進(jìn)而對(duì)復(fù)合材料的物理性能產(chǎn)生較大影響。２．３添加碳納米管對(duì)一維Ｃ／Ｃ復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響圖４所示為添加不同體積分?jǐn)?shù)碳納米管所制一維Ｃ／Ｃ復(fù)合材料經(jīng)２９００℃石墨化處理后沿纖維軸向及徑向的室溫?zé)釘U(kuò)散系數(shù)變化情況。由圖４可見，同一塊樣品沿纖維軸向的導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沿纖維徑向的導(dǎo)熱性能。對(duì)于未摻雜碳納米管的一維Ｃ／Ｃ復(fù)合材料，其沿纖維軸向、徑向的室溫?zé)釘U(kuò)散系數(shù)分別為６５０．５、２２．４ｍｍ２／ｓ，計(jì)算出相應(yīng)的熱導(dǎo)率分別為８００．１、２７．６Ｗ／（ｍ·Ｋ），軸向和徑向的對(duì)應(yīng)指標(biāo)相差將近３０倍，而一般的一維Ｃ／Ｃ復(fù)合材料沿纖維軸向及徑向上的導(dǎo)熱性能相差僅１～２倍［１１－１２］，其原因與石墨化中圖４添加不同體積分?jǐn)?shù)碳納米管所制試樣沿纖維軸向和徑向的熱擴(kuò)散系數(shù)Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｒｍａｌｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙａｌｏｎｇｆｉｂｅｒ’ｓａｘｉａｌａｎｄｒａｄｉａｌｄｉ－ｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙａｄｄｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｓｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ１９４

導(dǎo)熱性能反而下降。在纖維軸向上，由于長(zhǎng)纖維的連續(xù)性，復(fù)合材料傳熱所需跨越的相界很少，故基體的取向結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料沿纖維軸向的導(dǎo)熱性能至關(guān)重要，而碳納米管的添加擾亂了復(fù)合材料中纖維和瀝青炭石墨化后的取向結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致材料基體中晶格的規(guī)整程度較差，最終表現(xiàn)出隨碳納米管添加量的增加復(fù)合材料沿纖維軸向熱擴(kuò)散系數(shù)逐漸下降的趨勢(shì)。２．４添加碳納米管對(duì)一維Ｃ／Ｃ復(fù)合材料抗彎性能的影響添加一定量的碳納米管后，一維Ｃ／Ｃ復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，其力學(xué)性能可能因此也有所變化。圖５為添加不同體積分?jǐn)?shù)碳納米管所制復(fù)合材料經(jīng)２９００℃石墨化處理后垂直于纖維軸向的載荷－位移曲線。由圖５可知，未添加碳納米管試樣的抗彎強(qiáng)度約為７２．９ＭＰａ；隨著復(fù)合材料中多壁碳納米管含量的增加，其抗彎強(qiáng)度呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)；當(dāng)碳納米管體積分?jǐn)?shù)為３％時(shí)，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值（１１３．４ＭＰａ），較未添加碳納米管試樣提高了５６％，而當(dāng)碳納米管添加量繼續(xù)增至５％時(shí)，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度有所下降，原因可能是過量的碳納米管極易團(tuán)聚，分散性較差，在復(fù)合材料中形成應(yīng)力集中和微裂紋，導(dǎo)致其力學(xué)性能的下降�？偟膩碚f，一定量碳納米管的加入能有效提高一維Ｃ／Ｃ復(fù)合材料垂直于纖維長(zhǎng)度方向的抗彎性能，這與添加碳納米管能提高復(fù)合材料的體積密度并增強(qiáng)瀝青炭與纖維間的界面結(jié)合性能有關(guān)。圖５添加不同體積分?jǐn)?shù)碳納米管所制試樣垂直纖維軸向的載荷－位移曲線Ｆｉｇ．５Ｌｏａｄ－ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｆｉｂｅｒ’ｓａｘ－ｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅ

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3098626