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[交流] 武汉科技大学董志军教授丨高性能沥青基碳纤维及其碳/碳复合材料的制备与性能研究

关于高性能沥青基碳纤维

高性能中间相沥青碳纤维与PAN基碳纤维相比，具有高模量和高导热的性能优势，例如湖南东映碳材料科技有限公司生产的牌号为TYG-1碳纤维拉伸强度为2.5GPa，拉伸模量为890GPa，热导率高达600W·m-1·K-1；武汉科技大学开发的牌号为BC-MPCF-1碳纤维拉伸强度为2.66GPa，拉伸模量为832GPa，热导率高达939W·m-1·K-1，综合性能优异，主要作为功能材料使用。
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高性能中间相沥青基碳纤维预浸料，适应于高导热碳/碳及碳陶复合材料的制备

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高性能中间相沥青基碳纤维碳纤维连续长丝，适应于高导热碳/碳及碳陶复合材料的制备

高性能中间相沥青基碳纤维通常以煤焦油沥青、石油沥青、精萘等为原料，其制备工艺流程长，多学科交叉。主要包括：高纯可纺中间相沥青的调制、熔融纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、石墨化、表面处理、上浆及干燥等过程，而这其中高纯可纺中间相沥青的调制、沥青纤维的连续熔融纺制及连续热处理是高性能中间相沥青基碳纤维制备过程中的难点。

高性能沥青基碳纤维的性能优势

1. 高模量高，模量已达到950GPa，是理论值的92%左右，相当于聚丙烯腈基石墨纤维的1.5倍左右；

2. 热导率高，热导率高达600～1100W/(m﹒K) ，是聚丙烯腈基石墨纤维的4～5倍；

3. 膨胀系数小，设计自由度更大，可制得零膨胀制品。

高性能沥青碳纤维在碳/碳复合材料领域的应用

高性能沥青碳纤维可作为高性能C/C复合材料或树脂复合材料功能填充体，能够满足航空航天领域高温、高热传导与耐烧蚀需求，是轻量化的超高温热管理材料，可应用于高超声速飞行器的热端部件、空间飞行器的大面积薄板结构等，在航空航天、尖端工业等领域实现轻量化的同时，作为结构材料承载负荷，作为功能材料防热和导热，具有无可替代性，是一款极具发展前景的高端碳纤维产品。

以中间相沥青基碳纤维为增强体的高导热C/C除了耐高温性能和机械性能优良，还具有较高的导热系数（可达300W/m·K以上），可以把热端部件的部分热量快速传递至后端服役环境不是很苛刻的地方，从而显著降低材料表面的烧蚀温度，减小热梯度和热应力集中，提高热端部件的可靠性；另外中间相沥青基碳纤维的热疏导作用也为高超声速飞行器向更高马赫数的发展提供了可能。

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高导热C/C复合材料可显著降低热端材料的烧蚀温度

为了更好的了解高性能沥青基碳纤维及其碳/碳复合材料的制备与性能情况，2021年11月18-20日在上海举行的“Carbontech第二届碳/碳复合材料行业技术研讨会” 特邀武汉科技大学董志军教授莅临本次大会，分享《高性能沥青基碳纤维及其碳/碳复合材料的制备与性能研究》主题报告。
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本研究针对高超声速飞行器对热防护系统材料极为急迫的需求，开展高导热C/C复合材料结构设计和极端环境下服役性能研究。分别以中间相沥青基碳纤维和中间相沥青为增强体，采用不同成型和致密化工艺制备了一维、二维和三维高导热C/C复合材料，建立了高导热C/C复合材料结构和性能的构效关系，确定了关键结构参数；在此基础上，探索了可在极端环境对高导热C/C复合材料提供长时间有效保护的HfB2-WB2-Si复合涂层体系和制备工艺，揭示了热力耦合作用下涂层失效机制，阐明了高导热C/C复合材料热防护机理。

专家介绍
董志军，武汉科技大学教授/博导，化学与化工学院副院长，主要从事高性能沥青合成及其炭纤维的制备、炭纤维增强炭基和树脂基复合材料的制备、高温和超高温陶瓷有机前驱体的合成、抗氧化抗烧蚀炭/炭复合材料的制备等方向的研究，主持国家自然科学基金项目2项，参与国家自然科学基金重点项目1项、国家自然科学基金面上项目4项、总装备部国防重点实验室预研基金1项、湖北省自然科学基金重点项目1项。近年来发表科研论文80余篇，其中SCI收录论文40余篇，申请和授权发明专利20余项。

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