泡沫炭应变力

合集下载

中间相沥青基泡沫炭发泡过程及其动力学研究

中间相沥青基泡沫炭发泡过程及其动力学研究陈石林;卢梦哲;郭建光;段桂英;陈林【摘要】以AR中间相沥青为原料,结合TG、黏度分析、MS及IR等表征方法研究了中间相沥青基泡沫炭的发泡过程及其动力学特征.结果表明:中间相沥青在发泡过程中主要发生脂肪碳链的热解反应并释放出H2、CH4、H2O和CO等气体,导致熔融沥青中的分子组成产生变化,进而引起其黏度变化.在此基础上采用TG分析模拟不同升温速率及发泡温度下中间相沥青的失重过程,并通过拟合中间相沥青恒温阶段的TG曲线,发现中间相沥青的恒温失重率Δw与发泡时间tb成较好的线性关系,结合Arrhenius方程计算得到不同升温速率下恒温发泡过程的动力学参数.此研究工作对于中间相沥青基泡沫炭的可控制备具有较好的理论指导作用.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(045)012【总页数】7页(P73-79)【关键词】中间相沥青;发泡过程;动力学;数学模型【作者】陈石林;卢梦哲;郭建光;段桂英;陈林【作者单位】湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082;湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082;湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082;湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082;湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TB322泡沫炭是一种具有大尺寸孔径的网状碳质多孔材料.1964年，Ford[1]首次报道了采用热固性树脂泡沫高温炭化制备得到泡沫炭的工艺.该树脂基泡沫炭具有很大的开孔，其炭形态为难石墨化的玻态炭，又被称作网状玻璃质泡沫炭.到20世纪90年代出现了新一代的炭泡沫，即用煤、石油和中间相沥青[2]等作为前驱体替代树脂制备炭泡沫.美国橡树岭国家实验室的Klett等人[3-4]以中间相沥青为原料，采用“自发泡”技术制得生料泡沫，即经炭化、石墨化后得到孔径分布均匀的泡沫炭.这种中间相沥青基泡沫炭具有热导率高、机械强度较高、耐热应力和抗冲击性好等特点，因此引起了人们的广泛关注和研究[5-7].有关中间相沥青基泡沫炭发泡机理的研究报道相当多[8-9].Klett等[10]研究了不同沥青前驱体与气泡生长过程中液晶在气泡表面排列有序度的关系，以及对制备的石墨泡沫热导率的影响；张志金等[11]研究了发泡过程中形核温度、初始压力以及固化温度对孔泡结构的影响规律；Beechem等[12]研究了发泡过程中气泡形状的变化.但中间相沥青的发泡过程及动力学分析鲜有文献报道.本文以AR中间相沥青为原料，通过分析TGDTG曲线、黏温曲线、质谱图以及不同温度热处理的红外光谱研究了中间相沥青基泡沫炭的发泡机理.在此基础上采用TG分析模拟不同升温速率及发泡温度下中间相沥青的发泡过程，并通过拟合中间相沥青恒温阶段的TG曲线，建立了中间相沥青发泡过程的数学模型，结合Arrhenius方程计算得到不同升温速率下恒温发泡过程的动力学参数.1 实验1.1 原料本实验以日本三菱化学公司生产的AR中间相沥青为原料，其物理性能参数如表1所示.表1 AR中间相沥青的物理性能Tab.1 Physical properties of AR mesophase pitch?1.2 分析与表征采用德国NETZSCH公司的STA449F5同步热分析仪对中间相沥青粉末进行TG测试，测试过程中以高纯氮气保护，气体流量为20 mL/min，样品质量为5～10 mg；对中间相沥青在高纯氩气保护下升温产生的热解气体进行质谱分析，测试设备为英国Hiden公司的DECRA气体分析质谱仪；采用溴化钾压片法（样品∶KBr=1∶100）测定样品的红外光谱，测试设备为美国TFS公司的NicoletiS10红外光谱分析仪.2 结果与讨论2.1 中间相沥青的TG分析中间相沥青的TG-DTG曲线如图1所示.测试过程升温速率为5℃/min，温度范围为35～1 000℃.由图1可以看出，中间相沥青在300～550℃区间内有较明显的热失重，最大热失重速率温度为480℃，总失重率为30.2%.这主要是因为在200～400°C，中间相沥青中的轻质组分优先发生热解挥发，且热解反应速率随温度的升高而加快；在400～480℃，中间相沥青轻组分以较快的断键速度进入强烈热分解阶段，单位时间内气体释放量达到最大，同时伴随着缩聚反应；480～550℃，中间相沥青分子的热解反应逐渐减弱，而缩聚反应增强，导致失重速率减慢.图1中间相沥青的TG-DTG曲线Fig.1 TG-DTG curves of mesophase pitch2.2 熔融中间相沥青的黏度分析图2 为熔融中间相沥青的黏温曲线.由图2可以看出，在升温至中间相沥青的软化点（275℃）之后，熔融沥青的黏度急剧降低，在360～430℃范围内达到稳定状态.此温度范围内，中间相沥青的碟状向列型液晶分子的活动能力增强，体积膨胀，分子规则的平面结构遭到破坏，分子间的相互作用力减弱，流动性随之增大，因而黏度较低.超过430℃后，其黏度开始缓慢增大.这主要是因为温度进一步升高时，中间相沥青中的轻组分发生热解反应生成小分子的挥发性物质，同时沥青分子发生交联、缩聚等反应[14-15]，导致熔融沥青中的分子组成发生变化，进而引起其黏度变化.图2 熔融沥青的黏温曲线[13]Fig.2 Viscosity of molten pitch as a function of temperature2.3 中间相沥青的质谱分析图3 所示为中间相沥青在高纯氩气保护下以5℃/min的升温速率升温至450℃过程中产生的热解气体的气相质谱图.由图3可以看出，中间相沥青在发泡过程中热解反应的气体产物主要有H2、CH4、H2O和CO等.图3中间相沥青的质谱图Fig.3 MS spectrum of mesophase pitch2.4 中间相沥青的红外光谱分析图4 所示为经不同温度热处理的中间相沥青的红外光谱图.中间相沥青中芳香环上不同取代位置的C-H的面外弯曲振动峰对应700～900 cm-1范围内3个高强度的吸收峰 [16].3 050 cm-1附近的吸收峰代表芳香环上C-H的伸缩振动峰.1 600 cm-1为多环芳烃C=C的伸缩振动峰.1 300～1 450 cm-1、2 800～2 920 cm-1范围内的吸收峰分别代表饱和甲基、亚甲基的弯曲振动和伸缩振动峰.图4 不同温度热处理的中间相沥青的红外光谱Fig.4 IR spectra of mesophase pitch under different heat treatment由图4可以看出，随着热处理温度的升高，中间相沥青在 3 050 cm-1、700～900 cm-1和 1 600 cm-1范围内的吸收峰强度基本没有变化，表明中间相沥青中含有大量多核稠环芳烃且到450°C时苯环结构基本未被破坏.在1 300～1 450 cm-1和2 800～2 920 cm-1范围内的吸收峰强度出现了明显的降低，表明热处理过程中的热解反应主要是中间相沥青分子内的脂肪族碳链结构发生断裂，导致熔融沥青的分子组成发生变化.2.5 中间相沥青发泡过程的动力学特征为了深入研究升温速率及发泡温度对中间相沥青基泡沫炭发泡过程的影响，在不同升温速率（v）和发泡温度（T）下对中间相沥青的发泡过程进行模拟TG分析，对应的样品记为v-T.图5所示为中间相沥青从室温以不同升温速率（1℃/min、5℃/min、10℃/min）升温至发泡温度（420℃、450℃、480℃），并恒温2 h的TG曲线.图6所示为升温至发泡温度后恒温2 h阶段的TG曲线.由图5、图6可知，升温速率为1℃/min时，由于升温阶段耗时较长，对恒温阶段失重率的影响也较大，其中1-480样品由于升温速率较慢且发泡温度较高，导致其在升温阶段的失重率较大，而恒温阶段失重不明显，仅为1.4%.可以认为，以1℃/min的升温速率升温至480℃时，中间相沥青的热解反应基本完成.随着升温速率的加快，不同发泡温度下恒温阶段的热失重率明显提高且热失重加快，达到恒定失重状态所需时间减少.图5 中间相沥青的TG曲线Fig.5 TG curves of mesophase pitch图6 中间相沥青的恒温TG曲线Fig.6 TG curves of mesophase pitch at constant temperatures表2为中间相沥青升温阶段和恒温阶段的失重率.由表2可以看出，随着发泡温度的升高，中间相沥青的总失重率增大，这是因为发泡温度越高，中间相沥青中的轻组分热解得越彻底.另外，在相同发泡温度条件下，随着升温速率的增加，中间相沥青的总失重率略有增大.这可能是因为在升温阶段沥青分子间的缩聚、交联反应进行得较慢，所以较慢的升温速率有利于提高沥青分子间缩聚和交联反应的程度，而缩聚和交联反应的结果是将沥青中的轻组分转变成更难裂解的大分子，导致热解反应更难进行.表2 中间相沥青各个阶段的失重率Tab.2 Mass loss of mesophase pitch at different phases?2.6 中间相沥青恒温发泡数学模型的建立为了进一步分析恒温阶段中间相沥青的热失重过程的动力学特征，通过尝试拟合[17]发现恒温阶段失重率Δw与恒温时间t在一定程度上满足幂函数关系.拟合结果如图7所示.选取的拟合通用方程为[18]：式中：Δw为中间相沥青恒温发泡阶段的失重率；C为拟合直线的斜率；b为拟合因子的指数；t为恒温时间.由图7可以看出，恒温阶段中间相沥青的失重率与发泡时间tb满足较好的线性关系，尤其当发泡温度较低（420℃）时，发泡温度升高后，其线性关系有所变形.这可能是因为中间相沥青发泡过程中同时发生热解、缩聚、交联等反应.发泡温度较低时，中间相沥青以热解反应为主，且此时中间相沥青的黏度较低，产生的气体能以稳定的速度逸出；而发泡温度较高时，中间相沥青分子既发生热解反应产生小分子气体，同时发生交联、缩聚等更复杂的反应[19]，从而破坏了其线性关系.图7 恒温发泡失重率与发泡时间的函数关系Fig.7 Mass loss as a function of foaming time由图 7（a）可见，1 °C/min 升温速率下，发泡温度为420℃、450℃、480℃时对应拟合曲线的C值分别为：1.252、3.693、6.981，b 值分别为：0.489 7、0.364 5、0.274 0，式（1）两边同时对 t求导，可得：则420℃、450℃、480℃对应的k值分别为：0.613 3、1.346、1.913，而根据Arrhenius公式以lnk的值为纵坐标，1/T的值为横坐标作图，斜率即为-Ea/R的值，截距即为lnA的值，如图8所示.由图8（a）可知，升温速率为1℃/min时反应速率常数随温度变化的关系满足Arrhenius公式，由-Ea/R=-9 943，可得活化能Ea的值为82.66 kJ/mol，同时lnA的值为13.92.图8 反应速率与温度的关系Fig.8 Relationship between reaction temperature and rate constant同理，由图 7（b）（c）可得：5 ℃/min 对应拟合曲线的 C值分别为：5.865、13.62和 25.43，b值分别为：0.256 8、0.180 1 和 0.120 3，则把 C、b 的值代入式（3）可知速率常数k的值分别为：1.506、2.454、3.060；10℃/min对应拟合曲线的C值分别为：7.467、20.70 和 32.96，b 值分别为：0.256 3、0.141 1和0.100 5，把C、b的值代入式（3）可知速率常数k的值分别为：1.914、2.920、3.311.由图 8（b）（c）可知，升温速率为5 ℃/min、10 °C/min时反应速率常数随温度变化的关系也满足Arrhenius公式.当升温速率为5℃/min时，-Ea/R=-6 197，可得活化能Ea的值为51.52 kJ/mol，同时lnA的值为9.387；当升温速率为10℃/min时，-Ea/R=-Ea/R=-4 803，可得活化能Ea的值为39.93 kJ/mol，同时lnA的值为7.622.综上，升温速率为1℃/min、5℃/min、10°C/min时，中间相沥青热解反应的活化能分别为82.66 kJ/mol、51.52 kJ/mol、39.93kJ/mol；反应速率常数随发泡温度的升高而增大.由此可以看出，升温速率越慢，恒温发泡阶段所需的活化能越高，即此时失重过程更难进行，这是因为中间相沥青的失重量主要来源于热解反应产生并释放出的小分子气体.当升温速率较慢时，升温阶段裂解挥发的轻组分较多，同时沥青分子缩聚、交联反应的程度相对较高，故在恒温发泡阶段热解反应难以发生，活化能较高，这与之前的分析一致.3 结论1）中间相沥青在发泡过程中主要发生脂肪碳链的热解反应，释放出H2、CH4、H2O和CO等气体，导致熔融沥青中的分子组成产生变化，进而引起其黏度变化. 2）中间相沥青发泡过程的总失重率随发泡温度的升高而增大，这是因为发泡温度越高，中间相沥青中的轻组分热解得越彻底；升温速率较快时，抑制了缩聚、交联反应的进行，有利于提高中间相沥青发泡过程的总失重率.3）对不同升温速率和发泡温度下中间相沥青的TG曲线进行拟合，发现恒温阶段的失重率Δw与发泡时间tb成线性关系，结合Arrhenius方程，得到了1℃/min、5℃/min、10℃/min升温速率下恒温发泡阶段热解反应的活化能分别为82.66kJ/mol、51.52 kJ/mol、39.93 kJ/mol，反应速率常数随发泡温度的升高而增大. 参考文献【相关文献】［1］ FORD W D.Method of making cellular refractory thermal insulating material：US3121050［P］.1964-02-11.［2］陈石林，郭建光，周娩红，等.催化聚合工艺对萘沥青结构和性能的影响［J］.湖南大学学报（自然科学版），2017，44（6）：81—86.CHEN S L，GUO J G，ZHOU M H，et al.Effect of the catalytic polymerization parameterson structure and properties of naphthalene pitch［J］.Journal of Hunan University （Natural Sciences），2017，44（6）：81-86.（In Chinese）［3］ KLETT J W.Process for making carbon foam：US6033506A［P］.2000-03-07.［4］ KLETT J W，MCMILLAN A D，GALLEGO N C，et al.Effects of heat treatment conditions on the thermal properties of mesophase pitch-derived graphitic foams［J］.Carbon，2004，42（8/9）：1849—1852.［5］安秉学，李同起，王成扬.发泡条件对中间相沥青基泡沫炭形成的影响［J］.炭素技术，2005，24（6）：1—4.AN B X，LI T Q，WANG C Y.Effect of foaming conditions on formation of mesophasepitch-based carbon foams［J］.Carbon Techniques，2005，24（6）：1—4.（In Chinese）［6］肖锋，张红波，熊翔，等.发泡压力对中间相沥青基泡沫炭结构及性能的影响［J］.中国有色金属学报，2010，20（7）：1346—1352.XIAO F，ZHANG H B，XIONG X，et al.Effects of foaming pressure on micro structuresand properties of mesophase-pitch-derived carbon foams［J］.The Chinese Journal of Nonferrous Metals，2010，20（7）：1346—1352.（In Chinese）［7］王小军，杨俊和，詹亮，等.中间相沥青基泡沫炭的制备、结构及性能［J］.材料科学与工程学报，2008，26（3）：390—394.WANG X J，YANG J H，ZHAN L，et al.Preparation and performance of mesophase pitch based carbon foam［J］.Journal of Materials Science&Engineering，2008，26（3）：390—394.（In Chinese）［8］GONZÁLEZ R，LUDWIKOWSKI B M.Study of the growth and motion of graphitic foam bubbles［J］.Carbon，2005，43（15）：3075—3087.［9］ SIHN S，ROY A K.Modeling and prediction of bulk properties of open-cell carbon foam ［J］.Journal of the Mechanics&Physics of Solids，2004，52（1）：167—191. ［10］ KLETT J，HARDY R，ROMINE E，et al.High-thermal-conductivity，mesophase-pitch-derived carbon foams：effect of precursor on structure and properties［J］.Carbon，2000，38（7）：953—973.［11］张志金，于晓东，王扬卫，等.发泡条件对炭泡沫孔泡结构的影响［J］.北京理工大学学报，2012，32（6）：641—644.ZHANG Z J，YU X D，WANG Y W，et al.Effect of foaming technology on pore structureof carbon foams［J］.Transactions of Beijing Institute of Technology，2012，32（6）：641—644.（In Chinese）［12］BEECHEM T，LAFDI K，ELGAFY A.Bubble growth mechanism in carbon foams ［J］.Carbon，2005，43（5）：1055—1064.［13］ LI S，TIAN Y，ZHONG Y，et al.Formation mechanism of carbon foams derived from mesophase pitch［J］.Carbon，2011，49（2）：618—624.［14］LIEDTKE V，HUTTINGER K J.Mesophase pitches as matrix precursor of carbon fiber reinforced carbon：II.Stabilization of mesophase pitch matrix by oxygen treatment ［J］.Carbon，1996，34（9）：1067—1079.［15］ KUNDU S，OGALE A A.Rheostructural studies on a synthetic mesophase pitchduring transient shear flow ［J］.Carbon，2006，44（11）：2224—2235.［16］ MOCHIDA I，SHIMIZU K，KORAi Y，et al.Mesophase pitch catalytically prepared from anthracene with HF/BF 3［J］.Carbon，1992，30（1）：55—61.［17］叶崇，陈石林，李维维，等.中间相沥青纤维氧化增重过程［J］.硅酸盐学报，2012，40（8）：1158—1162.YE C，CHEN S L，LI W W，et al.Mass increase during oxidative stabilization of mesophase pitch fiber［J］.Journal of the Chinese Ceramic Society，2012，40（8）：1158—1162.（In Chinese）［18］MIYAJIMA N，AKATSU T，ITO O，et al.The rheological behavior during carbonization of iodine-treated coal tar pitch ［J］.Carbon，2001，39（5）：647—653. ［19］闫志巧，陈峰，张红波，等.发泡温度对炭泡沫结构及性能的影响［J］.功能材料，2010，41（9）：1552—1555.YAN Z Q，CHEN F，ZHANG H B，et al.Effect of foaming temperature on structures and performance of carbon foams［J］.Journal of Functional Materials，2010，41（9）：1552—1555.（In Chinese）。

超临界条件对沥青泡沫炭结构的影响

炭化制备成泡沫炭。据沥青的流变性能和溶解性能选择了甲苯作为溶剂，根考察了溶剂比例、泡温度、力发压
及压力释放速率对沥青泡沫孔结构的影响。从超临界体系相平衡分析了超临界流体对沥青泡沫形成的作用机理。实验表明，溶剂比例为１％～５，始压力２５４０ａ发泡温度在２０１保温时间４在００初．～．ＭＰ，９～３５Ｃ，
王鹏吕永根，显营辛诚杨常玲潘鼎，秦，，，
（．１纤维材料改性国家重点实验室东华大学材料科学与工程学院，上海２０５；００１
２东华大学化学与化工学院，．上海２０５）００１
摘要：以煤焦油沥青为原料，高压反应釜中，在选择合适溶剂在超临界流体状态下制备了沥青泡沫，经过氧化、
Ｓａｇａ２０５Ｃｈｎ；ｈｎｈｉ００１，ｉａ２ＤｅａｔｎｆｃｅｓｒｎｈｍｉａｎｉｅｒｎＤｏｇｕｉｅｓｔＳａｇａ２０５，ｉａ．ｐｒｍｅｔｏｈｍｉｔｙａｄｃｅｃｌｅｇｎｅｉｇ，ｎｈａＵｎｖｒｉｙ，ｈｎｈｉ００１Ｃｈｎ）
（．ａｅｋｅａｏｒｔｙｆｒｍｏｆｃｉｈｅｃｌｆｂｅｓａｏｙｒｍａｅｉｌＤｏｇｈｕｎｖｒｉｙ，１Ｓｔｔｙｌｂａｏｒｏｄｉｉａｔｏｎｏｆｃｍｉａｉｒｎｄｐｌｍｅｔｒａｓ，ｎａＵｉｅｓｔ

石墨泡沫炭市场分析报告

石墨泡沫炭市场分析报告1.引言1.1 概述石墨泡沫炭是一种新型多孔材料，具有优异的导热性能和化学稳定性。

近年来，随着全球环境保护意识的增强和新能源材料的需求不断增加，石墨泡沫炭作为一种绿色环保材料受到了广泛关注。

本文将对石墨泡沫炭的制备方法、应用领域以及市场发展趋势进行深入分析，旨在为相关行业提供市场参考和发展建议。

通过对石墨泡沫炭市场的综合研究，可以更好地了解该材料在不同领域的应用前景，并为未来的发展提供有益指导。

文章结构部分内容如下：1.2 文章结构本报告分为引言、正文和结论三部分。

在引言部分，将对石墨泡沫炭进行概述，并介绍文章的结构和目的。

在正文部分，将详细介绍石墨泡沫炭的定义、制备方法和应用领域。

在结论部分，将对石墨泡沫炭市场进行分析，探讨发展趋势，并提出建议与展望。

整个报告将全面而系统地分析石墨泡沫炭的市场情况，为读者提供全面的了解和参考。

1.3 目的目的：本报告的目的是对石墨泡沫炭市场进行深入分析，了解其当前市场状况和发展趋势，为相关企业和投资者提供参考和决策依据。

通过对石墨泡沫炭的定义、制备方法和应用领域进行梳理和总结，结合市场调研数据，分析市场规模、竞争格局、行业发展趋势和市场需求特点，为行业发展提供有价值的参考。

同时，报告还将提出合理的建议和展望，帮助相关企业和投资者把握市场机遇，规避市场风险，促进行业健康稳定发展。

1.4 总结总结部分:总体来说，本报告对石墨泡沫炭市场进行了全面的分析和研究。

在引言部分中，我们概述了石墨泡沫炭的定义以及本文结构和目的。

在正文部分，我们详细介绍了石墨泡沫炭的制备方法和应用领域。

在结论部分，我们对市场进行了分析，探讨了石墨泡沫炭的发展趋势，并提出了建议和展望。

通过本文的研究，我们深刻认识到石墨泡沫炭在多个行业的广泛应用，并且市场需求持续增长。

随着科技和工业的不断发展，石墨泡沫炭的市场前景非常看好。

建议相关企业加大石墨泡沫炭的研发投入，提高产品质量和技术水平，以满足市场需求，把握市场机遇。

中间相沥青基泡沫炭的制备及性能

比较好，压力越大孔径越小；经炭化后泡沫炭孔径略有收缩，孔壁结晶取向度比较完善；４０Ｃ２０￣石墨化后孔壁的结晶取向度得到了加强，形成了高度取向的石墨化结构，密度为０３ｓｃ热导率达到了３（．／ｍ，２ｗ／ｍ・
Ｋ）。
关键词中问相沥青，泡沫炭，制备，性能
ＧｏＱａｇｉｕｕｎｕ
ＬｕＬｎｉａｇ
（ＫｙＬｂｒｔｙｏａｂｎＭａｒｌ，ｓｔｅｏｏｌｈｍｉｒ，ｈｎｓｃｄｍｆｃｎｅ，ａｙａ０００）１ｅａａｒｆｒｏｔｉｓＩｔｕｆａＣｅｓｙＣｉｅｅａｅｙｏｉｃｓＴｉｎ３０１ｏｏＣｅａｎｉｔＣｔＡＳｅｕ
（ＧａｕｔＳｈｏｏｈｎｓｃｄｍｆｃｅｃｓｅｉｇ１０３）２ｒｄａｏｌｆｉｅｅＡａｅｙｏｉｅ，Ｂｉｎ００９ｅｃＣＳｎｊ
ＡｂｔａｔＲａｆａｒｒｐｒｄｆｍｓｐａｅｐｔｈｉｔｉｌｓｔｅｌｙｈａｉｇｔｐｒｐｉｓｒｃｗｍｓａｅｐｅａｅｒＡＲｍｅｏｈｓｉｎａｓａｎｅｓｓｌｍｏｄｂｅｔｏａｐｏｒｏｏｃｅｎａｅｔｍｐｒｔｒｎｅｄｑａｅｐｅｓｒ．Ｔｅｒｗｆａｒｕｔｅａｂｎｚｄａｄｇａｈｔｅｔｅｅａｕｅｕｄｒａｅｕｔｒｓｕｅｈａｏｍｓａｅｆｒｈｒｃｏｉｅｎｒｐｉｚｄ，ｔｅｃｂｎｆａｒｉｈａｏｏｍｓｒｗｉｈｅ — ｉｎｉｎｌｒｔｕａｅｐｒｔｃｕｅａｅｏｔｉｅ．Ｔｅｉｆｅｃｆｔｍｐｒｔｒａｅａｄｐｅｓｒｎｔｔｒｅｄｍｅｓｏａｅｉｌｔｏｅｓｒｔｒｒｂａｎｄｈｎｕｎｅｏｈｃｕｌｅｅａｕｅｒｔｎｒｓｕｅｏｐｒｔｃｕｅｏａｂｎｆａｉｔｄｅ．Ｔｅｔｅｍａｏｄｃｉｅｐｏｅｔｓａｓｔｄｅ．Ｉｉｆｕｄｔａｅｓｒｃｏｅｓｒｔｒｆｃｏｍｓｕｉｄｈｒｌｃｎｕｔｒｐｒｉｌｏｓｉｄｔｓｏｎｔｔ — ｕｒｏｓｈｖｙｕｈｔｈｕｔｒｆｐｒａｅｃｎｒｌｄｂｈｎｉｇｔｍｐｒｔｒａｅａｄｐｅｓｒ，ａｄｂｔｒｐｒｔｃｕｅｉｏｔｉｅｔｕｅｏｅｃｎｂｏｔｌｙｃａｇｎｅｅａｕｅｒｔｒｓｕｅｎｅｔｏｅｓｒｔｒｓｂａｎｄａｏｏｅｎｅｕｈａｉｇ１Ｃ／ｎ，ｔｌｖｔｎｏｒｓｕｅａｄｔｅａｅｔｒｆｃｂｎｆａｂｃｍｅｓｌＴｅｓｚｆｐｒｆａ－ｅｔ￣ｍｉｗｉｅｅａｉｆｐｅｓｒｐｒｅｏａｏｍｅｏｍａ１ｈｉｅｏｏｅｏｒｎｈｏｎｈｕｒｏ．Ｃ

泡沫炭的研究进展

泡沫炭的研究进展泡沫炭是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料。

依据其孔壁的微观结构，可以分为石墨化和非石墨化泡沫炭。

除具有炭材料的常规性能外，泡沫炭还具有密度小、强度高、抗热震、易加工等特性和良好的导电、导热、吸波等物理和化学性能，通过与金属或非金属复合，可以获得高性能的结构材料。

这些优异的性能使泡沫炭在化工、航空航天、电子等诸多技术领域极具应用潜力。

近年来，泡沫炭材料的研究在国内外得到高度关注，内容涉及新原料的选择与调变、制备工艺技术的开发和优化、产品的微观结构、材料的力学性能、热性能的揭示和调控以及最佳应用途径的拓展等各个方面。

毫无疑问，基于价廉易得的初始原料，采用简易的工艺路线、制备性能优异且稳定的泡沫炭材料是人们追求的终极目标之一。

煤炭储量丰富、价格低廉，利用组成和结构独特的煤和煤系物来制备具有特定结构和性能的泡沫炭在国内外倍受关注，有很好的发展潜力。

1 泡沫炭的制备围绕泡沫炭的制备及应用研究已开展了大量的工作。

最早的泡沫炭是Walter Ford在20世纪60年代初热解热固性酚醛泡沫而制得的，这种泡沫炭具有非常高的开孔率，孔壁呈非石墨化状态，导热率低，表现出优异的绝热性能，可用作高温绝热材料。

通常，这种泡沫炭又被称作网状玻璃态泡沫炭(Reticulated vitreous carbon foam)。

早期泡沫炭的制备研究主要是以有机聚合物为原料，受原料性质的限制，制得的泡沫炭虽然有一定强度，但脆性较大。

为克服这一缺陷，优化材料的力学性能，拓宽其应用领域，在随后的研究工作中，人们通过不同的手段来调变泡沫炭材料的结构，包括在制备原料中添加各种增强剂、优化工艺参数以及尝试使用不同原料等，以达到改善材料性能的目的。

目前大多数的制备研究工作主要以中间相沥青为原料展开。

美国空军材料实验室在20世纪90年代初期首次以中间相沥青为原料，实现了石墨化结构泡沫炭的合成。

泡沫炭的石墨化结构特征使其具有很高的热导率和优异的力学性能，这进一步扩大了泡沫炭的应用范围。

泡沫材料拉伸试验

泡沫材料拉伸试验一、试验介绍拉伸试验是一种常见的材料力学性能测试方法，用于评估材料在受力时的延展性、强度和变形能力。

本文将重点讨论泡沫材料在拉伸试验中的表现以及相关参数的分析。

二、试验原理拉伸试验是通过施加一个逐渐增加的拉力，使材料在长度方向发生变化，从而测量材料在拉伸过程中的载荷-变形关系。

主要参数包括杨氏模量、屈服强度、断裂强度等。

2.1 材料选择泡沫材料是一种轻质、多孔的材料，常用于各类缓冲、隔热和包装应用中。

根据具体应用需求，可以选择不同种类的泡沫材料进行试验。

2.2 试验设备拉伸试验通常需要使用一台力学试验机。

该设备通过油压机构施加拉伸力，同时测量引伸计和称重传感器的信号，从而得到材料的应力-应变曲线。

三、试验过程为了保证试验结果的准确性，以下是一个标准的泡沫材料拉伸试验过程：3.1 材料准备1.选择合适的泡沫材料样本，确保其尺寸和形状符合试验要求。

2.在样本表面标记好引伸计和夹持点，以确保试验时施力的准确性和稳定性。

3.2 试验设置1.将样本放置在拉伸试验机的夹具上，并调整夹具距离，以确保样本在拉伸过程中不会发生滑动或失稳。

2.根据材料的特性，设置合适的拉伸速度和力的范围，以便获取完整的应力-应变曲线。

3.3 开始试验1.启动拉伸试验机，使其施加拉力到样本上。

2.同步记录加载力和样本的变形数据。

3.当样本达到破坏点或试验终止条件时，停止试验。

3.4 数据分析根据试验数据，可以计算出以下参数：3.4.1 杨氏模量通过计算应力-应变曲线的斜率，可以得到材料的杨氏模量，该参数反映了材料对拉伸应变的抵抗能力，是一个衡量材料刚性的指标。

3.4.2 屈服强度通过计算应力-应变曲线的偏移点，即应力超过线性阶段，进入非线性阶段的点，可以得到材料的屈服强度。

3.4.3 断裂强度试验结束时，记录材料的最大载荷，即可得到材料的断裂强度，该参数反映了材料在拉伸过程中的破坏能力。

四、试验结果示例根据以上试验过程，以下是一个泡沫材料拉伸试验的结果示例：序号载荷 (N) 应变 (%)1 10 0.012 20 0.02序号载荷 (N) 应变 (%)3 30 0.044 40 0.065 50 0.08根据以上数据可以绘制出材料的应力-应变曲线。

泡沫炭的成核机理及其复合增强机制

泡沫炭的成核机理及其复合增强机制霍云霞;何自国;詹亮;刘想;王艳莉【摘要】Carbon foam composites were prepared by a self-foaming method from mesophase pitch using mesocarbon microbeads ( MCMBs) , PAN based carbon fibers ( PAN-CFs) and ZrO2 nanoparticles were used as the fillers for reinforcement. The effects of the fillers on the foaming behavior and the compressive strength were investigated. Results show that ZrO2 nanoparticles produce a larger increase in the compressive strength of the carbon foam than do MCMBs and PAN-CFs. The compressive strength of the car-bon foam increases from 7. 57 to 31. 4 MPa when 30% of the ZrO2 nanoparticles is added to the mesophase pitch. The foam forma-tion obeys the hot-point nucleation mechanism, in which gaseous products released from light hydrocarbons are heated to generate nuclei by localized condensation reaction heat.%以中间相炭微球( MCMB)、聚丙烯腈基炭纤维( PAN-CF)和纳米氧化锆( ZrO2)为增强体,采用自发泡法制备出泡沫炭复合材料,并研究不同增强材料对中间相沥青基泡沫炭的发泡行为和压缩强度的影响。

中间相沥青基泡沫炭的制备、结构及性能

中间相沥青基泡沫炭的制备、结构及性能王小军;杨俊和;詹亮;乔文明;张睿;梁晓怿;凌立成【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2008(026)003【摘要】以萘系中间相沥青为原料,考察了发泡条件、炭化和石墨化工艺对所制泡沫炭结构和性能的影响.结合粘温曲线、TG-DTG热重曲线以及不同发泡条件下泡沫炭的表面形貌分析,其最佳发泡条件为:发泡温度600℃,升温速率5℃/min,发泡压力5MPa.石墨化升温速率越低越有利于泡沫炭石墨微晶的生长及压缩强度的提高,其中以5℃/min升温至2800℃并恒温30min所制泡沫炭的压缩强度达1.38MPa.【总页数】5页(P390-394)【作者】王小军;杨俊和;詹亮;乔文明;张睿;梁晓怿;凌立成【作者单位】华东理工大学化学工程国家重点实验室,上海,200237;上海应用技术学院材料科学与工程系,上海,200235;华东理工大学化学工程国家重点实验室,上海,200237;华东理工大学化学工程国家重点实验室,上海,200237;华东理工大学化学工程国家重点实验室,上海,200237;华东理工大学化学工程国家重点实验室,上海,200237;华东理工大学化学工程国家重点实验室,上海,200237【正文语种】中文【中图分类】TQ127.1+【相关文献】1.中间相沥青基活性泡沫炭的制备及其电化学性能研究 [J], 景磊;赵东林;刘辉;孙杰;谢卫刚;迟伟东;沈曾民2.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3.中间相沥青基泡沫炭的制备与结构表征 [J], 李同起;王成扬4.制备工艺对中间相沥青基泡沫炭结构的影响 [J], 陈青香;李铁虎;庄强;李风娟;程有亮5.石油系中间相沥青基泡沫炭的制备与结构研究 [J], 张伟;王成扬;王妹先;张晓林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

泡沫炭应变力
泡沫炭是一种新型的环保材料，它具有很多优良的特性，其中之一就是应变力。

应变力是泡沫炭的一种特殊性能，它能够使泡沫炭在受到外力作用时能够产生一定的变形，从而起到缓冲和吸收能量的作用。

泡沫炭的应变力主要体现在其内部的微观结构上。

泡沫炭由许多小孔组成，这些小孔之间相互连接形成了一个复杂的网络结构。

当外力作用于泡沫炭时，这个网络结构会发生变形，使得泡沫炭整体上产生一定的变形。

这种变形可以有效地吸收和分散外力，从而保护其他物体或结构不受损害。

泡沫炭的应变力还具有很好的恢复性。

当外力作用停止时，泡沫炭会自动恢复到原来的形状。

这种恢复性使得泡沫炭可以多次使用，延长了其使用寿命。

同时，泡沫炭的应变力还具有很好的稳定性，不受温度、湿度等环境因素的影响。

泡沫炭的应变力可以应用于许多领域。

在交通运输领域，泡沫炭可以用作车辆碰撞防护材料，当车辆发生碰撞时，它可以吸收和分散碰撞能量，保护车辆内部乘员的安全。

在建筑领域，泡沫炭可以用作地震防护材料，当地震发生时，它可以减少建筑物受到的震动力，保护建筑物的完整性。

在电子产品领域，泡沫炭可以用作电子元件的防护材料，当电子产品受到外力冲击时，它可以吸收和分散冲击能量，保护电子元件的正常工作。

除了应变力，泡沫炭还具有其他很多优良特性。

首先，它具有很好的隔热性能，可以有效地隔离热量传递，降低能源消耗。

其次，它具有很好的吸音性能，可以减少噪音污染，提高环境质量。

此外，泡沫炭还具有很好的耐腐蚀性能和耐高温性能，可以在恶劣环境下长期稳定工作。

总之，泡沫炭的应变力是其一项重要特性，它可以使泡沫炭在受到外力作用时能够产生一定的变形，并具有很好的吸收和分散能量的能力。

这种特性使得泡沫炭在许多领域都有广泛的应用前景。

随着科技的不断发展和创新，相信泡沫炭在未来会有更加广阔的应用空间。