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基于工程化设备通过调控纺丝温度提高中间相沥青炭纤维力学和导热性能

叶高明 刘金水 石奎 吴晃 黄东 叶崇 欧阳婷 朱世鹏 樊桢 刘洪波

新型炭材料(中英文)2024,Vol.39Issue(2):334-344,11.
新型炭材料(中英文)2024,Vol.39Issue(2):334-344,11.DOI:10.1016/S1872-5805(24)60826-7

基于工程化设备通过调控纺丝温度提高中间相沥青炭纤维力学和导热性能

Improving the mechanical properties and thermal conductivity of mesophase-pitch-based carbon fibers by controlling the temperature in industrial spinning equipment

叶高明 1刘金水 2石奎 1吴晃 1黄东 3叶崇 2欧阳婷 1朱世鹏 4樊桢 4刘洪波1

作者信息

  • 1. 湖南大学材料科学与工程学院,先进炭材料及应用技术湖南省重点实验室,湖南长沙 410082
  • 2. 湖南大学材料科学与工程学院,先进炭材料及应用技术湖南省重点实验室,湖南长沙 410082||湖南东映碳材料科技股份有限公司沥青基高性能碳材料湖南省工程研究中心,湖南长沙 410000||湖南大学汽车车身先进设计与制造国家重点实验室,湖南长沙 410082
  • 3. 湖南大学材料科学与工程学院,先进炭材料及应用技术湖南省重点实验室,湖南长沙 410082||湖南东映碳材料科技股份有限公司沥青基高性能碳材料湖南省工程研究中心,湖南长沙 410000
  • 4. 航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术重点实验室,北京 100076
  • 折叠

摘要

Abstract

Mesophase-pitch-based carbon fibers(MPCFs)were prepared using industrial equipment with a constant extrusion rate of pitch while controlling the spinning temperature.The influence of spinning temperature on their microstructures,mechanical prop-erties and thermal conductivities was investigated.SEM images of the fractured surface of MPCFs show that the graphite layers have a radiating structure at all spinning temperatures,but change from the fine-and-folded to the large-and-flat morphology when increas-ing the spinning temperature from 309 to 320 ℃.At the same time the thermal conductivity and tensile strength of the MPCFs re-spectively increase from 704 W-m-1·K-1and 2.16 GPa at 309 ℃ to 1 078 W·m-1-K-1 and 3.23 GPa at 320 ℃.The lower viscosity and the weaker die-swell effect of mesophase pitch at the outlets of the spinnerets at the higher spinning temperature contribute to the improved orientation of mesophase pitch molecules in the pitch fibers,which improves the crystallite size and orientation of the MPCFs.

关键词

中间相沥青/纺丝温度/炭纤维/高热导率/力学性能

Key words

Mesophase pitch/Spinning temperature/Carbon fiber/High thermal conductivity/Mechanical properties

分类

通用工业技术

引用本文复制引用

叶高明,刘金水,石奎,吴晃,黄东,叶崇,欧阳婷,朱世鹏,樊桢,刘洪波..基于工程化设备通过调控纺丝温度提高中间相沥青炭纤维力学和导热性能[J].新型炭材料(中英文),2024,39(2):334-344,11.

基金项目

This work was supported by the National Natur-al Science Foundation of China(52202037,52002104,U21B2067),the Innovative Construction Province of Hunan(2021GK1140),the Scientific and Technolo-gical Talent Lifting Project for Hunan Province(2022TJ-N11),and the Science and Technology Planning Project of Changsha(kq2102005). 国家自然科学基金(52202037、52002104、U21B2067) (52202037,52002104,U21B2067)

湖南创新型省份建设专项(2021GK1140) (2021GK1140)

湖南省科技人才托举工程(2022-TJ-N11) (2022-TJ-N11)

长沙市科技计划项目(kq2102005). (kq2102005)

新型炭材料(中英文)

OA北大核心CSTPCD

1007-8827

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