常壓干燥法制備碳纖維增強炭氣凝膠復合材料.pdf

1、炭氣凝膠是由有機氣凝膠經(jīng)過高溫裂解碳化得到的種由炭納米顆粒相互連接形成的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)納米材料，除了具備多數(shù)氣凝膠材料輕質(zhì)多孔的特點外，還具有導電性，廣泛應用于催化、儲氫、吸附、隔熱、電化學等諸多領域。炭氣凝膠最大的特點在于其能夠在惰性或真空氛圍下耐受2000℃甚至3000℃（石墨化后）的高溫，從而能夠作為耐超高溫材料應用于航空航天領域。但目前炭氣凝膠的應用仍存在諸多問題，如制備周期長、成本高，力學性能差、脆性較大，在有氧環(huán)境中易氧化等問

2、題，本論文采用針對性的措施致力于解決實際應用中出現(xiàn)的這些問題，從而為炭氣凝膠的規(guī)模化生產(chǎn)和應用提供解決途徑。
　　本論文以間苯二酚和甲醛為原料，采用工藝簡單、成本低的常壓干燥法代替超臨界干燥，制備得到了RF有機和炭氣凝膠，研究了不同制備參數(shù)（催化劑濃度、前驅(qū)物濃度、干燥和炭化工藝制度等）對RF氣凝膠微觀形貌和結(jié)構(gòu)及性能的影響。結(jié)果表明，前驅(qū)物濃度為25％～40％，催化劑濃度R/C=500～2000時可以制備得到密度低、收縮率小、具

3、有良好結(jié)構(gòu)和性能的塊狀氣凝膠樣品。其中當前驅(qū)物濃度為25％，催化劑濃度R/C=500時，RF有機氣凝膠的密度低至0.247 g cm-3，碳化后收縮率低于16％，孔徑在50nm左右，比表面積為463m2 g-1。借鑒于SiO2氣凝膠的常壓干燥方法，加入干燥控制添加劑甲酰胺對RF有機氣凝膠進行改性研究，顯著改善了有機氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)性能，極大地改善了常壓干燥過程中的收縮。
　　為了改善RF有機氣凝膠及其炭氣凝膠的力學性能，克服脆性大的

4、缺點，本論文嘗試采用碳纖維氈作為增強體，通過浸漬RF溶膠的方式與氣凝膠進行復合，從而制備結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)異、收縮小不開裂、具有特殊形狀的碳纖維增強炭氣凝膠復合材料。通過優(yōu)化復合用RF溶膠的制備參數(shù)，比較碳纖維氈的復合效果，最終決定了RF溶膠的制備參數(shù)（前驅(qū)物濃度為35％，催化劑濃度為R/C=1000，甲酰胺含量為F∶R=0.5）和碳纖維氈的類型（PAN基碳纖維針刺氈）。所制得碳纖維增強炭氣凝膠復合材料具有較高的彎曲強度(45MPa)，在10