Fibers with a high degree of axial preferred orientation can be obtained from mesophase pitch. Prior to cabonization, the pitch fibers must be rendered in fusible so that their orientation is preserved. The stabilization of the pitch fibers was heated at temperature between $250^{circ}C$ and $300^{circ}C$ and a treatment time 5 to 80minutes. Oxidized fibers heated $1800^{circ}C$without stretching. Pitch based carbon fiber have a young's modulus as high as 304GN/$m^2$. The structure of the pitch cased carbon fiber is determining factor for the mechanical properties of the produced fibers. The structure depending on the pitch precursor as well as on the oxidation time.
Park, Mi-Seon;Ko, Yoonyoung;Jung, Min-Jung;Lee, Young-Seak
Carbon letters
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제16권2호
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pp.121-126
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2015
Carbon fibers are prepared by stabilizing pitch fibers accompanying electron beam (E-beam) irradiation. The carbon fibers pretreated by E-beam irradiation achieve a higher stabilization index than the carbon fibers that are only heat-stabilized. In addition, the carbon fibers subjected to E-beam irradiation in the stabilization step exhibit a comparable tensile strength to that of general purpose carbon fibers. The carbon fibers pretreated with an absorbed dose of 3000 kGy have a tensile strength of 0.54 GPa for a similar fiber diameter. Elemental, Fourier-transform infrared spectroscopy, and thermogravimetric analyses indicate that E-beam irradiation is an efficient oxidation and dehydrogenation treatment for pitch fibers by showing that the intensity of the aliphatic C-H stretching and aromatic $CH_2$ bending (out-of-plane) bands significantly decrease and carbonyl and carboxylic groups form.
본 연구에서는 탄소재료의 우수한 열적 특성을 이용하여 에폭시 수지의 열전도도 특성을 향상시키기 위해 Pitch 탄화유리섬유를 제조하고 산처리 기능화 방법을 수행하여 형태학적, 기계적, 및 열전도 특성을 관찰하였다. 그 결과, 산처리 기능화된 Pitch 탄화유리섬유는 에폭시 수지 내에서 분산성 및 계면결합력이 향상됨에 따라 기계적 물성 및 열전도 특성이 증가함을 확인하였다. 특히, Pitch 탄화유리섬유 복합재료 내의 Pitch 탄화유리섬유의 함량이 증가함에 따라 기계적 물성 및 열전도 특성이 증가하여, 탄소섬유 복합재료보다 기계적 물성은 10%, 열전도 특성은 150% 향상됨을 확인하였다. 따라서, 본 연구에서 제조된 Pitch 탄화유리섬유의 우수한 구조배향성 및 계면결합력은 에폭시수지내의 분산성을 향상시키고 열전도성 경로를 형성하여 에폭시수지의 우수한 기계적 및 열전도 특성에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
Spinnable pitch for melt-electrospinning was obtained from pyrolized fuel oil by electron beam (E-beam) radiation treatment. The modified pitch was characterized by measuring its elemental composition, softening point, viscosity, molecular weight, and spinnability. The softening point and viscosity properties of the modified pitch were influenced by reforming types (heat or E-beam radiation treatment) and the use of a catalyst. The softening point and molecular weight were increased in proportion to absorbed doses of E-beam radiation and added $AlCl_3$ due to the formation of pitch by free radical polymerization. The range of the molecular weight distribution of the modified pitch becomes narrow with better spinning owing to the generated aromatic compounds with similar molecular weight. The diameter of melt-electrospun pitch fibers under applied power of 20 kV decreased 53% ($4.7{\pm}0.9{\mu}m$) compared to that of melt-spun pitch fibers ($10.2{\pm}2.8{\mu}m$). It is found that E-beam treatment for reforming could be a promising method in terms of time-savings and cost-effectiveness, and the melt-electrospinning method is suitable for the preparation of thinner fibers than those obtained with the conventional melt-spinning method.
Short pitch fibers were prepared from petroleum based isotropic precursor pitch by melt-blown technology. The pitch fibers were stabilized in oxidizing condition, followed by steam activations at various conditions. The fiber surface and pore structures of the activated carbon fibers (ACFs) were respectively characterized by using SEM and applying BET theory from nitrogen adsorption at 77 K. The weight loss of the oxidized fiber was proportional to activation temperature and activation time, independently. The adsorption isotherms of the nitrogen on the ACFs were constructed and analyzed to be as Type I consisting of micropores mainly. The specific surface area of the ACFs proportionally increased with the weight loss at a given activation temperature. The specific surface area was ranged 850~1900 $m^2/g$ with pores of narrow distribution in sizes. The average pore size was ranged 5.8~14.1 ${\AA}$ with the larger value from the more severe activation condition.
Zhu, Jiadeng;Park, Sang Wook;Joh, Han-Ik;Kim, Hwan Chul;Lee, Sungho
Carbon letters
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제14권2호
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pp.94-98
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2013
Isotropic pitch fibers were stabilized and carbonized for preparing carbon fibers. To optimize the duration and temperature during the stabilization process, a thermogravimetric analysis was conducted. Stabilized fibers were carbonized at 1000, 1500, and $2000^{\circ}C$ in a furnace under a nitrogen atmosphere. An elemental analysis confirmed that the carbon content increased with an increase in the carbonization temperature. Although short graphitic-like layers were observed with carbon fibers heat-treated at 1500 and $2000^{\circ}C$, Raman spectroscopy and X-ray diffraction revealed no significant effect of the carbonization temperature on the crystalline structure of the carbon fibers, indicating the limit of developing an ordered structure of isotropic pitch-based carbon fibers. The electrical conductivity of the carbonized fiber reached $3.9{\times}10^4$ S/m with the carbonization temperature increasing to $2000^{\circ}C$ using a four-point method.
Kim, Bo-Hye;Wazir, Arshad Hussain;Yang, Kap-Seung;Bang, Yun-Hyuk;Kim, Sung-Ryong
Carbon letters
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제12권2호
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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 $m^2/g$).
The modification of coal-tar pitch has been carried out by heat treatment of pitch at different temperatures in the range ($300^{\circ}-400^{\circ}C$) for different times (2-5 hrs) in air and nitrogen. The pitch heat treated in air at lower temperature ($300^{\circ}C$) exhibit increase in softening point by $20^{\circ}C$ as compared to only $2^{\circ}C$ when treated in nitrogen. The changes are faster in air than in pure nitrogen. Pitch as such as well as after heat treatment were further treated with metal complexes by solution route. Silver intake has been found to increase from 0.5 to 0.8 % in nitrogen treated pitch while the uptake is found to decrease for pitches treated in air at $350^{\circ}C$ for 5 hrs. Experiments have also been made to incorporate silver into PAN and PAN-ox fibers through solution route. The metal intake has been found to be more in PAN-ox fibers than in PAN as such. Metal loaded carbon composites have been made by using metal loaded fibers as well as cokes. These composites as such exhibit higher surface oxygen complexes but decrease after activation.
Silver nitrate ($AgNO_3$) powder was mixed into a reformed pitch precursor. Then, the silver-containing pitch was melt spun to form round and "C" shape fibers. A wire mesh was inserted prior to the nozzle to improve the spinnability of the silvercontaining precursor pitch. Silver particles in the carbon fibers (CFs) were detected by XRD and TEM. These tests showed that silver particles were uniformly distributed and the total amount of silver remained constant during stabilization and carbonization. Next, the silver-containing CFs were activated by steam diluted in nitrogen gas. Silver particles accelerated the activation rate, but the specific surface areas of the silver-containing ACFs were similar to those of non-silver containing ACFs at the same burn-off levels. The specific surface area of the C-shaped activated carbon fibers was larger than that of the round activated carbon fibers. The likely reason is that the surface area of a C-shaped CF is about two times larger than that of a round CF when equivalent cross-sectional areas are compared. A small amount of silver particles in the periphery of the CFs was removed during the activation, but the remainder of silver was stayed within the ACFs.
The influence of MWCNTs on fracture toughness properties of MWCNTs/Nickel-Pitch Fibers/epoxy composites (MWCNTs/Ni-PFs/epoxy) was investigated according to MWCNTs content. Nickel-Pitch-based carbon fibers (Ni-PFs) were prepared by electroless nickel-plating. The surface properties of Ni-PFs were determined by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectrometry (XPS). The fracture toughness of MWCNTs/Ni-PFs/epoxy was assessed by critical stress intensity factor ($K_{IC}$) and critical strain energy release rate ($G_{IC}$). From the results, it was found that the fracture toughness properties of MWCNTs/Ni-PFs/epoxy were enhanced with increasing MWCNTs content, whereas the value decreased above 5 wt.%. MWCNTs content. This was probably considered that the MWCNTs entangled with each other in epoxy due to an excess of MWCNTs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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