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泡沫碳 针状焦 超级活性炭 石墨烯 氢与燃料电池 中间相沥青
泡沫碳

超A级防火材料—泡沫碳

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一、产品性能:泡沫碳产品具有不燃、耐高温的特性,经过抗氧化处理后,在富氧环境下可耐高温1700℃,无氧环境下可耐高温至3000℃;且烧蚀率极低,经与火箭发动机内壁的某酚醛EPDM抗灼烧性能比较,我公司的泡沫碳线性抗灼烧率优于10倍。质量抗灼烧率优于近百倍。在军工、航天航空等领域的热防护系统也有较大的应用潜力。


1、阻燃性:阻燃性能远超国标GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中A级材料的要求。

表1.泡沫碳产品阻燃性检测结果

序号

项目

国标A级标准

公司产品指标

1

炉内温升ΔT

≤30℃

3.6

2

质量损失率

≤50%

21.1%

3

持续燃烧时间

t1=0

t1=0

4

总热值PCS

≤1.4MJ/m2

1.3MJ/m2


2、高温烧蚀性

 表2.泡沫碳产品烧蚀率检测结果

序号

项目

指标要求

某文献数值

公司产品指标

1

密度/g.cm-³

<1.2

1.18

0.4

2

线烧蚀率/mm.s-1

<0.12

0.09~0.12

0.04

3

质量烧蚀率/g. s-1

<0.07

0.06~0.07

0.000931

 

  • 综合性能

表3.建筑材料用泡沫碳综合性能

密度

抗压强度

抗拉强度

阻燃等级

最高使用温度

使用寿命

kg/m³

MPa

MPa



200~400

6.02

1.20

A

1700(空气中,经抗氧化处理)

与建筑物同寿命


3、电镜图

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间相沥青基泡沫碳电镜图

    高温石墨化处理后的中间相沥青基泡沫碳其孔壁和韧带具有类似高性能沥青基碳纤维的石墨片层结构(如上图),具有优异的导热性能,热导率一般可在30-200W/(m·K)之间调控。由于密度小,比热导率很高。可用于导热、散热、相变材料存储载体等方面。

    1300℃以内碳化得到的中间相沥青基泡沫碳则可作为优异的耐高温隔热材料。

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石墨化中间相沥青基泡沫碳

二、产品应用

    泡沫碳产品的燃烧性和阻燃等级均达到A级防火材料的要求,且轻质、无毒、施工简便,寿命长。可用于需要特级防火要求的地铁隧道、图书馆、指挥大枢纽、计算中心、化工厂中控室、防火门夹芯材料等。利用泡沫碳的多孔结构,还可用于染料吸附、油污吸附等环保处理方面。    

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指挥中心.jpg

中控室.jpg


三、国外应用实例

NASA为帕克太阳能探测器设计的TPS保护系统,其中就应用了泡沫碳。众所周知,太阳表面温度很高,尤其在太阳活动的时候,温度和粒子流简直难以想象。不仅如此,帕克还将经过太阳的日冕层,这里的高温可以达到200万摄氏度。帕克探测器到底有什么特殊之处,能够让它抵挡太阳的极端高温?


帕克太阳探测器上采用了许多尖端的设计理念,能够让它抵御上千摄氏度的高温。然而,日冕层的温度还是太高了,几乎没有任何物质可以抵御。NASA的科学家们建立了一个理想模型,分析的结果显示,日冕层虽然温度很高,但密度非常低,这就导致探测器可以在日冕层穿越,穿越时的温度只有1400摄氏度左右。


为了抵御上千摄氏度的高温,NASA设计了一种名家“TPS”的保护系统,它可以将帕克探测器面朝太阳的一面保护起来,让温度不传导到探测器的背面,而帕克探测器的主要仪器设备就安装在背面,在接近太阳的时候,这里的温度依然能保持在35摄氏度左右的理想工作温度。TPS的主体结构是一种碳复合泡沫,附加在表面的是白色陶瓷涂料,这会让它的质量变得很轻,但隔热效果非常好,而且能够承受1650摄氏度的热量,最大程度保护帕克探测器的正常工作。

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我公司采用高品质中间相沥青为原料,制备的泡沫碳的密度可以在0.1-0.6g/cm³之间调控,其中制得的密度0.15g/cm³的泡沫碳,其密度刚好与美国发射的帕克太阳探测器所用的11cm厚泡沫碳的密度相当(如下图)。


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低密度泡沫碳(左:广东煤基碳材料公司制备,右:帕克太阳探测器用泡沫碳)