Pitch is an attractive raw material for carbon fiber precursors due to its low cost stemming from its availability as a residue of coking and petroleum processes. Ford Motor Company reported a carbon fiber target price of $11.0/kg by using a fast cycle-time manufacturing method with carbon fiber in an inexpensive format, allowing for an average retail price of gasoline of $3.58/gallon. They also recommended the use of carbon fiber with strength of 1700 MPa, modulus of 170 GPa, and 1.5% elongation. This study introduced a ca. $5.5{\mu}m$ carbon fiber with 2000 MPa tensile strength obtained from a precursor through simple distillation of petroleum residue. Petroleum pitch based carbon nanofibers prepared via electrospinning were characterized and potential applications were introduced on the basis of their large specific surface area and relatively high electrical conductivity.
Ha, Hun-Seung;Kim, Dong-Kyu;Park, In-Seo;Im, Yeon-Su;Yun, Byung-Il
Korean Journal of Materials Research
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v.3
no.3
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pp.292-299
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1993
In this paper the effects of the length of carbon fiber on the wear properties of carboni carbon composites were investigated. Carbon/carbon composites were fabricated by the liquid impregnation method using the resol-type phenolic resin as a matrix precursor and PAN-based, non-surface treated carbon fiber as a reinforcement. The measured values of the friction coefficient of carbon/carbon composites against AlSl 304 stainless steel ranged from 0.2 to 0.3 under the operating condition used in this study. The effect of the length of carbon fiber on the friction coefficient of carbon/carbon composites were not found. But, it was realized that the wear rate of carbon/carbon composites tends to increase, as the length of carbon fiber increases.
This study is concerned with the production of carbon fiber reinforced carbon(C/C) with polyaromatic mesophase pitch as matrix precursor and with the investigation of friction-wear characteristics in ambient air using a constant speed type of friction tester. The main problem in using the polyaromatic mesophase as the matrix precursor is the high viscosity which may limit the complete impregnation of the fiber preform in the vacuum. To solve these problems two dimensional carbon fiber fabrics were infiltrated with meso-phase pitch in the pitch impregnator. After the impregnation and the heat treatment process. C/C com-posites were characterized by density porosity to monitor the influence of high pressure and temperature. It showed that the bulk density was increased and the apparent porosity and the density increasing rate was reduced as repeating the impregnation the carbonization and the heat treatment. The friction-wear charac-teristics of C/C composites were investigated by measuring the average friction coefficient and the specific wear rate as functions friction speed and friction pressure using a constant speed type of friction tester. C/C composite4s showed the average friction coefficient to be reduced as increasing the friction speed and the friction pressure.
Unidirectional polymer composites were prepared using high-strength carbon fibers as reinforcement and phenolic resin as matrix precursor with keeping fiber volume fraction at 30, 40, 50 and 60% respectively. These composites were carbonized at $1000^{\circ}C$ and graphitised at $2600^{\circ}C$ in the inert atmosphere. The carbonized and graphitised composites were characterized for mechanical properties as well as microstructure. Microscopic studies were carried out of the polished surface of carbonized and graphitised composites after etching by chromic acid, to understand the effect of fiber volume fraction on oxidation at fiber-matrix interface. It is found that the flexural strength in polymer composites increases with fiber volume fraction and so does for the carbonised composites. However, the trend was found to be reversed in graphitised composites. In all the carbonized composites anisotropic region has been observed at fiber-matrix interface which transforms into columnar type microstructure upon graphitisation. The extension of strong and weak columnar type microstructure is function of fiber volume fraction. SEM microscopy of the etched surface of the sample reveal that composites containing 40% fiber volume has minimum oxidation at the interface, revealing a strong interfacial bonding.
Properties of Precursor pitch derived from petroleum residue were studied physical and chemical analysis method for investigation of production of pitch fiber. For preparing of those precursor pitches it was carried out a temperature and time variation experiment i reactor. It was demonstrated the precursor pitch prepared in this study to have a similar properties to Ashland precursor pitch capable of bulk mesophase formation from the results of the basic analysis, that is, molecular weight distribution, coking yield, carbon content, chemical composition, etc.
Pitch precursors were synthesized from coal tar(CT) and pyrolysis fuel oil(PFO, petroleum residue oil) at relatively low temperature of $250^{\circ}$, in the presence of horontrifluorideidiethyletherate complex(BFDE) as a catalyst and nitrobenzene(NB) as a co-catalyst. The softening point, nitrogen content and carbon yield increased with an increase of concentration of NB. The pitch precursors with good spinnability were prepared by removing the volatile components through $N_2$ blowing. The precursor pitches were spun through a circular nozzle, stabilized at $310^{\circ}$ and finally carbonized at $1000^{\circ}$. The optically anisotropic structure formed at the absence of NB was changed into isotropic structure, showing a decrease in size of the flow domain. The hollow carbon fiber could be prepared in the process of stabilization. The results proposed that the morphology of carbon materials could be controlled by changing the concentration of catalyst and/or co-catalyst and/or stabilization condition that affect on the mobility of molecules during carbonization.
4D carbon fiber preforms were manufactured by weaving method and their carbon fiber volume fractions were 50% and 60%. In order to form carbon matrix on the preform, coal tar pitch was used for matrix precursor and high density carbon/carbon composites were obtained by high densification process. In this process, manufacture of high density composites was more effective according to pressure increasement. When densificating the preform of 60% fiber volume fraction with 900 bar, density of the composites reached at 1.90 $g/cm^3$ after three times processing. Degree of pressure in the densification process controls macro pore but it can not affect micro pore. During the carbonization process, micro pore of the preform were filled fully by once or twice densification processing. But micro pore were not filled easily in the repeating process. Therefore, over three times densification processing is the filling micro pore.
Kim, Bo-Hye;Wazir, Arshad Hussain;Yang, Kap-Seung;Bang, Yun-Hyuk;Kim, Sung-Ryong
Carbon letters
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v.12
no.2
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pp.70-80
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2011
Two pitches with different average molecular structures were electrospun and compared in terms of the properties of their fibers after oxidative stabilization, carbonization, and activation. The precursor with a higher molecular weight and greater content of aliphatic groups (Pitch A) resulted in better solubility and spinnability compared to that with a lower molecular weight and lower aliphatic group content (Pitch B). The electrical conductivity of the carbon fiber web from Pitch A of 67 S/cm was higher than that from Pitch B of 52 S/cm. The carbon fiber web based on Pitch A was activated more readily with lower activation energy, resulting in a higher specific surface area compared to the carbon fiber based on Pitch B (Pitch A, 2053 $m^2/g$; Pitch B, 1374 $m^2/g$).
Multidirectional reinforcement is aimed primarily at overcoming interlaminar weakness, hence a major interest lies in the mechanical properties of multidirectional carbon/carbon composites. Mechanical properties depend on the type of carbon fiber, the size of the fiber bundle, the spacing of the bundles, the angles of the bundles relative to the axes of the block, and matrix formation. In the present studies, PAN based carbon fiber preforms manufactured different size of unit cell have been prepared. Densification of these used high pressure infiltration and carbonization technique with coal tar pitch as matrix precursor was carried out. Scanning electron microscopy has been used to study the fracture behavior of composites. The size of unit cell of the preforms has considerably affected on the flexural properties as well as microstructure of the carbon/carbon composites.
In this study, AR (aromatic resin) pitch was employed as the matrix-precursor for carbon/carbon composite because it exhibits much higher coke yield than coal tar pitch. As a result, a fabrication process of carbon/carbon composites can be shortened. It has been known that the pitches may cause swolling problem during the carbonization process. In order to restrain the swelling occurrence, a small quantity of carbon black was added to the AR pitch. Due to addition of carbon black the swelling was decreased largely and the perform can be infiltrated with the AR pitch. The densification efficiency of the performs was compared with various matrix-precursors. The coke yield of matrixprecursors, the morphology and the degree of graphitization of carbon matrix were analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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