碳纳米管/泡沫炭复合材料制备、结构及增强机理

通过碳纳米管与中间相沥青基泡沫炭的复合大幅提高泡沫炭的力学性能，以提升泡沫炭在航空航天高性能热防护材料中的应用效果。首先以普通煤沥青为原料，通过净化、氢化、热处理等工艺制备可溶性中间相沥青，经过优化可溶性中间相沥青的组成与结构，建立可溶性中间相沥青的分子模型和理论计算方法；再以可溶性中间相沥青为前驱体，以碳纳米管为增强剂，采用液相分散法制备碳纳米管/中间相沥青复合体系，经研磨、发泡、炭化、石墨化等工艺制备碳纳米管/中间相沥青基泡沫炭复合材料。通过SEM、TEM、XRD、Raman等测试分析碳纳米管/中间相沥青基泡沫炭复合材料的微观组织结构，揭示碳纳米管/泡沫炭复合材料的组织结构对泡沫炭复合材料力学、热学等性能的影响。并系统研究纳米碳管对泡沫炭的增强增韧机理。

以煤沥青为原料，通过热缩聚法制备出中间相沥青，然后以中间相沥青为前驱体，多壁碳纳米管为添加剂，利用液相分散法制备出中间相沥青/碳纳米管复合体系，最后经过发泡、炭化和石墨化等工艺制备出泡沫炭/碳纳米管复合材料。利用XRD、SEM、TEM、FT-IR、偏光显微镜、万能试验机、激光热导仪和四探针电阻仪等仪器对复合材料的结构和性能进行了表征测试。结果表明，以液相分散法制备的中间相沥青/碳纳米管复合体系为前驱体，可以制备出碳纳米管分散均匀的泡沫炭/碳纳米管复合材料。同时，多壁碳纳米管的添加对泡沫炭的微观结构和性能都有显著的影响。随着多壁碳纳米管添加量的增加，泡沫炭/碳纳米管复合材料的压缩强度和电导率都随之增加，当添加量为4%时达到最大值，分别为11.72MPa 和28.89 ×103 S/m。此外，随着多壁碳纳米管添加量的增加，泡沫炭/碳纳米管复合材料的室温下的导热系数呈现出先增大后减小的变化趋势，其中，当添加量为2%时，泡沫炭/碳纳米管复合材料的导热系数最大，值为25W.m-1.K-1。