高导热大直径中间相沥青炭纤维的研制及结构征英国利兹大学66心七3材料开发研宄的初步结果用萘系中间相沥青制备了大直径1520，炭纤维，并用测定炭丝电阻率的方法估算其热导系数。结果明，尽管炭纤维的力学性能随丝径的增大而降低，但其热导率却随丝径增大而升高。

　　1刖目中间相沥青炭纤维由于其石墨晶体结构沿纤维轴高度择优取向，具有极高的导热率，是理想高导热功能材料，如美国人。，公屯产的轴向导热率高达00界心。艮加上其负的热膨胀系数，模量，低密投，使其特，适合厂制成高导热及尺寸稳定或热膨胀系数匹配的复合材料，用于卫星导弹及肮空电于装迓故热板印刷吧路衬板；场合大型电子计算机，口及许多民用电子装置如果能使用这种材料散热板。无疑会提高效糸然而昂贵的价格限制其广泛应甩尽管近年来六公司推出价格较为低廉的800炭纤维。还成功地开发了增强高导热材料1抓则31价格仍然远高于可以推广应用的程度2！中间相沥青炭纤维繁；2中间相沥青纺丝过程中成纤率低；3坏熔化过程耗时长；4需要高温热处理以获得高度石墨化以上诸因素相互关联，如合适的中间相纺丝沥笮，会改，纺丝过程中成纤率，缩社不仿化过杓时以至降低制造成本美国叫⑶公句新近推的洲化中沥青，168，成纤由于溶剂挥发，纺出纤维可以直接进行炭化石墨化3，可望制出低成本中间相沥青炭纤维中间相浙青炭纤维的高导热性的主要机理是依靠量子化的弹性晶格振动即广传递热量，1品界散射声，乎均自由行程成正比声子平均自由行程近似等于由，射线衍射测得的面内相干长度，也就是说石墨品体沿奸维轴取向程度以及墨晶体寸叫者是决定中间相沥青炭纤维的高导热性的主要内在因素41增大中间相沥青炭纤维的直径也许会有助于发展更大的石墨晶体尺寸而改善传热性然而纤维丝径受耗时的不溶化过程制约，因此工业上很少生产丝径大于的炭纤能有许多文献报道瓣形，形以及带形等非圆形中间相沥青炭纤维，这些异形炭纤维与具有相同截面积的圆形炭纤维比较，不熔化过程中氧从面向内扩散距离较小，而且具有更高的抗拉强度及模量特别是带状炭纤维，更易发展线性结构，比相同截面积的圆形炭纤维具有更低的电阻率更高的导热率。但是圆形炭纤维横截面积易于测定，因此易于用其确定不熔化时间与有效的，扩散趴离之间的关系以及确定合，的+熔化条件。制备大直径中间相沥青炭纤维，由于提高了挤出速率，因此可提高生产率降低中间相沥青炭纤维化反应活性是制备大直径炭纤维的合适的起始原料，本文报道了这方面尝试的初步实验结果2实验2.1原料日本菱瓦斯化学株式会社生产的合成萘基中间相沥青，其分析结果为各向异性含量100，软化点237，苯不溶物4欣，苯不溶吡啶可溶物2吡啶不溶物33，氢碳原子比65，芳碳率2.2纺丝中间相沥青纤维由单孔气压纺丝装置于300纺出，喻丝板孔社长抒比1为3迎过控制中间相沥青挤出纺丝板孔道的剪切速率和纤维缠绕速度，可以获，1平均丝径为15；501的中间相沥青纤维2.3不熔化及炭化处理纺出的中间相沥青纤维在空气或氧气中进行不溶化处理氧化增重过程由热天平测定，其升温速度为，不熔化纤维在氮气气氛下进行炭化处理，其升温速度为5热处理温度分别为1300和14结构征粉末，肘线衍射70吧衍射仪发射的波长为0.154射线衍射测定，晶格参数值和13由谢乐公式即乙=1人求得，其中入为波，为峰宽，0为拉格人为校正因子，002和0衍射峰分别用于估算1和7值。估算和值时炙值分别取为1和1.84；单丝电阻率测定炭纤维的电阻率由点法测得，测定装置由根细铜丝平行固定在绝缘基板上，内部两根铜丝距离25，外部两根铜丝距离35，炭纤维单丝直厂铜丝放置并用导屯似胶与根铜丝连接。根铜丝与81说183405微欧姆计的个接点相连单丝电阻率由微欧姆计测得的电阻值和纤维直径计算而得，所列数据为不少，10根单丝的平均值。

　　抗拉性能用1加1仙85型仪器测定，纤维试样长度为30毫米每个纤维样品般需测定30个试样，拉断的试样标注号码后存放用于测定纤维直伦，4顶4，瞄柬以则定纤维直径及考察纤维血和断耻每个纤维试样的抗拉强度和性校+其应乃应变1线求得。所测试样度仞弹性校心3结果与讨论3.1熔融纺丝制备大直径中间相沥青纤维及不熔化处理己有许多研宄者对中间相沥青的熔融纺丝过程进行了系统的研究般认为碟状向列液品分子在纺丝孔道中的剪切流动以及丝根固化成纤前的拉伸流动的共同作用下，沿纤维轴择优取向这些碟状向列液晶分子在沥青纤维中的排列方式通过不熔化步完善为石墨化结构。对定的中间相沥青纺丝原料而言，所得*终炭纤维的微观结构在很大程度上是由纺丝过程的分子排列方式所决定的，因此研究纺丝条件与炭纤维截面结构及择优取向的关系对控制炭纤维结构及性质具有重要意义中间相沥青与尼龙等高聚物相比其粘度对温度极为敏感，挤出喷丝板后1丝根拉伸距离仅为5左心即达到*终纤维直径极高的轴速度梯度产生的应力加中间相沥青的低强度使沥青纤维在拉伸细化过程中极易断裂制备大直径中间相沥青纤维可以通过，加挤出速率或降低纺丝速度，者均有助于降低*大拉伸应力改善纺丝过程中成纤率为了积累数据，分别考察剪切速率及纺丝速度对*终炭纤维的微观结构及宏观性质的影响，本文中不同丝径的炭纤维在相同的剪切速率下由调节纺丝速度获得。中间相沥青纤维不熔化过程涉及沥青分子与氧反应，形成含氧基团及交联键使玻璃化温度提高，以至于在炭化过程收持纤维形态热分解转化为，纤维不炕化过程可由热天平考察，氧化增重率可用来估计不培化程度对萘基中间相沥青而言，般需要增重8 1以达到完全不熔化中间相沥青纤维在空气或氧气中氧化的热重曲线对45，1中间相沥青纤维而言，在空气中*大，重可达5.7而在氧气中其*大增重可达9.7左右。丝径小于30，的中间相浙青纤维很容易在空气中达到完令不熔化，而丝径大尸551的中间相浙青纤维即使在氧气中也很难达到完全不熔化在偏光沾微镜下观察火直抒炭纤维的横截面。报容易处知，定下来，在，姻热，过程中逃也构。未完全不熔化的芯部山于熔融发生分1重形成较为粗大的等色域。在人直径沥青纤维的场合在炭化过程中热分解气体的压力会使熔融芯部吹出，造成邻近纤维粘连时形成空纤维。以现象友明+烙化为扩，控制的过，3.2炭纤维直径对电阻率及抗拉性能的影响制备高导热中间相沥青炭纤维，在理想的情况应该直接测定其导热率然而，测定纤维导热率需要专门设备且耗时长不宜及时反馈信息指导实验炭石墨材料的导热过程由声子控制，导电主要由电子和空穴控制，尽管其机理不同，但者均与石墨结晶完善程度相关，而且己经发现中间相沥青炭纤维相沥青炭纤维的电阻率易于测定，可以用于估计可能获得的导热率之间的关系很显然*终热处理温度对中间相沥青炭纤维的电阻率影响很大，热处理温度提高电阻率显著降低。从2可以看出，中间相沥青炭纤维的电阻率随其平均丝径的增大呈略为降低的趋势，而且在两个热处理温度下降低趋势致根据中问相洲青炭纤维的电阻率与其导热率的相关关系，以推测中间相沥青炭纤维的导热率随其平均丝径的增大会略有改善这可能是由于较大的纤维丝径有利于较大的石墨晶体结构形成的缘故。扫描电镜照片窆营囚3！不同丝技的中，和沥炭纤维的典咽微观结构七显丝径为20左右的中间相沥青炭纤维的微观结构，沿纤维横截血没有叫显的变化，在放大倍数下可基本为沿径向辐射的层片结构对尹丝径为304，1的中间相沥青炭纤维，可其明显的皮芯结构，皮呈现与较细丝径炭纤维类似的福射状结构3，而芯部显粗大的层片结构。如前所述，这种明显的芯部结构是由于扩散控制的不熔化过程造成的，部分氧化的芯部在炭化过程中熔融分子重排形成大层片结构，在极端的场合，甚至形成中空纤维4纤维直径与石墨晶体晶格参数的纺丝速度拧制丝社的。即较细丝径的炭纤维是在较高的纺丝速度下获得的，较高的纺丝速度会促进碟状中间相沥青分子沿纤维轴的择优取向。*近我们对+丝径的中间相沥炭纤维丝束用射线极炭纤维与丝径为左右的炭纤维比较上择优取向度略有降低，而当丝径增大到30，401左在时其择优取向度明降低。这1结果正明了述的推测。中间相沥青炭纤维丝径与其择优取向度更为系统的工作目前正在进行中。此外不同丝径炭纤维的断面的扫描电镜考察显，较大丝径的炭纤维具有更多的气孔裂纹缺陷，较大的孔率也许是造成弹性模量降低的另外个原因乎衡中间相沥青炭纤维的抗拉强度和弹性模量随丝径的增大显著降低以及尽可能短的稳定化时间，制备20左右的中间相沥青炭纤维用作高导热功能材料可能是较好功能材料的需要。

　　4结论不同丝径的中间相沥青炭纤维的电阻率测定明其传输性能不象抗拉性能那样受其丝径强烈影响这结果的实际意义在于在用作高导热功能材料的场介以制备大丝径巾间相沥青炭纤维如20，1左右由于提局生广率，改善了纺丝过程用作高导热功能材料提供了广阔的前景。

　　300热处理的中间相沥青炭纤维的抗拉强度和弹性模量与其平均丝径的关蒗随着丝径的增大，抗拉强度和弹性模量均显著降低。中间相沥青炭纤维的抗拉强度随丝径的，大而降低可由脆性材料的体积效应获得解释，即存在造成纤维断裂缺陷的机率随纤维丝径的增大而，大而弹性模量随纤维丝径的，人而降低可能是由于墨晶体沿纤维轴的取向度随丝径增大而降低的缘故前己捉及本实验所用炭纤维是在相同的剪切速率下通过调节400热处理的中间相沥青炭纤维的石墨晶体晶格参数值山和与平均丝径的关系石墨晶体层间距办。隶明这些中间相浙青炭纤维具有较高的石墨化结晶度，而且随纤维平均丝径的增大心墨化结晶程度改善观石墨晶体尺寸和随纤维平均丝径的增大呈增大的趋势。我们还用拉曼显微镜考察了2400，热处理的不同丝径的中间相沥青炭纤维并根据1355；1和1584，峰强之比与石墨晶体晶格参数1；1之间的关系估算了1值1其结果于4中。可对于20 430，1的间相沥奇，纤维，拉曼所得值小于由，只0所得值，而对于30401的中间相沥青炭纤维，拉曼所得1值随纤维丝径变大逐渐接近1由所得价这种偏差可能是由于拉曼显微镜只能考察直径为2亮度为几百个埃左右的局部试样所至叫由于石墨晶体晶格参数近似等于晶界散射的声子平均自由行程。而且点缺陷随石墨品体层间距如碱小而减少4，意味着较大平均丝抒到+至于形成中空结构的中间相沥青炭纤维会具有略为改善的导热率。