[發(fā)明專利]一種瀝青碳泡沫材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710040575.6
• 申請日: 2007-05-11
• 公開（公告）號: CN101066757A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發(fā)明（設計）人: 呂永根;王鵬;楊常玲;秦顯營;辛誠;曾凡龍;舒練兵;潘鼎
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C01B31/04
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權代理事務所
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發(fā)明屬于碳材料的制備領域，特別涉及一種瀝青碳泡沫材料的制備方法。

背景技術

碳泡沫材料以其耐高溫、耐腐蝕、導熱導電、比重輕、比表面積大等優(yōu)點應用于高溫隔熱、耐熱沖擊、熱傳導、隱身和超級電容器電極材料。

目前文獻報道的制備瀝青基泡沫碳的方法大致有三類：

1高壓滲氮法

一般以瀝青為原料的泡沫炭的制備方法為，采用通入氣體或原位壓力釋放的方式在瀝青中成泡。將原料置于模具中，然后將其放入高壓爐內(nèi)，以惰性氣體(一般為氮氣)為保護氣，隨著溫度的升高壓力逐漸升到6.9MPa，這時溫度的升高會導致氣體膨脹樣品開始發(fā)泡。熔化的瀝青從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，由于動力學不穩(wěn)定性產(chǎn)生閃蒸，使氣體分布于瀝青熔體內(nèi)部。瀝青軟化點在70～270℃，外部壓力高于瀝青內(nèi)部壓力，釋放使外部壓力降低而使瀝青膨脹，氣體揮發(fā)，形成瀝青泡。瀝青泡在空氣或氧氣中加熱固化較長時間形成交叉連接結構，這樣固化后的瀝青在進一步的熱處理時不會熔化，固化后的瀝青在惰性氣體中加熱到1100℃左右炭化，在3000℃下石墨化，產(chǎn)生高熱導率的石墨狀結構。

2自發(fā)泡法

其特征是將瀝青置于密閉的反應釜中，利用瀝青在高壓3～8MPa和高溫500~800℃下焦化裂解產(chǎn)生的揮發(fā)氣體或采用瀝青和發(fā)泡劑共混后在較低的壓力下發(fā)泡膨化成泡，形成的泡沫瀝青無需氧化不熔化處理可直接碳化制備成泡沫碳。但其缺陷是兩種相材料混合均勻性差，由此形成的孔洞界面分布及均勻性差，從而使泡沫炭材料的功能的均勻性也較差。這兩種方法中，都要把瀝青塊先碾碎成3μm的小顆粒，再在10～200Kg/cm²的壓力下壓成塊狀物，盡量保持塊狀物中少的空氣。

另有人用粗粉碎母體瀝青和發(fā)泡劑混合后通過雙螺桿擠出機熔融并均勻混合為一體，注入密閉壓力容器，充入惰性氣體，如氮氣，在300～600℃的溫度和10～80Kg/cm2的壓力下保持1～60分鐘，然后以2～30℃/min降溫速度和0.2～1MPa/min降壓速度降至室溫和常壓發(fā)泡，從而得到孔洞尺寸及分布相當均勻的瀝青泡沫材料，然后采用常規(guī)的方法炭化和高溫石墨化，獲得瀝青碳泡沫材料。

3加氫法

將石油瀝青與加氫的或未加氫的瀝青混合，得到具有混合性質(zhì)的炭泡沫體，在不需要生成中間相瀝青的時候，可將石油瀝青加熱到軟化溫度，然后將瀝青焦化，放在封閉的攪拌反應器中在常壓下加熱到約300～350℃，加熱到350～400℃焦化，同時用氮氣鼓泡。加熱約6分~24小時，保溫的時間約5～7小時。低分子量揮發(fā)物從石油瀝青中排出，而瀝青開始交聯(lián)，交聯(lián)反應度依瀝青的性質(zhì)而不同

這些方法有各自的優(yōu)勢但是缺點也很明顯。高壓滲氮法由于氮氣與瀝青相容性差，發(fā)泡后孔結構不均勻，抗壓強度較低。自發(fā)泡法主要由瀝青裂解氣體發(fā)泡或是加入發(fā)泡劑來發(fā)泡，普遍存在泡孔開孔率低，發(fā)泡倍率低，泡壁未經(jīng)充分拉伸，強度較低等問題。加氫法工藝復雜，耗時多，成本較高，而且同樣存在物料相容性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種瀝青碳泡沫材料的制備方法，制得的碳材料強度高、導熱率高，該方法工藝簡單，成本低，適應工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明的一種瀝青碳泡沫材料的制備方法的制備方法，包括下列步驟：

(6)將瀝青和溶劑放置于高壓釜中，氣相相通。密閉后抽真空或是加入惰性氣體保護以排除殘留空氣的影響；

(7)按一定升溫速率(1～5℃/min)升溫到溶劑的超臨界溫度以上(250～350℃)，要求保溫溫度必須高于瀝青軟化點，保溫250℃～350℃，保壓50～500min，使其充分互溶達到均相狀態(tài)；

(8)將溫度調(diào)整到溶劑的超臨界溫度范圍內(nèi)(250℃～350℃)，然后開啟電磁閥或針閥放氣，控制放氣速率0.05~1MPa/s；

(9)將溫度降至常溫可以制得開孔率高、孔徑分布均勻的瀝青泡沫；

(10)將瀝青泡沫氧化不熔化、碳化和高溫石墨化處理后制得高取向度、高強度和高導熱導電性能的泡沫碳材料。

所述的在瀝青中加入瀝青良溶劑，在溶劑的超臨界溫度下發(fā)泡，瀝青與溶劑的質(zhì)量比1∶1.50～1∶0.05。

所述的保溫保壓時間0～300min。

所述的瀝青主要包括中間相瀝青和各向同性的石油瀝青、煤瀝青以及熱縮聚混合瀝青等。

所述的溶劑選用甲苯，也可以選取吡啶、四氫呋喃等瀝青良溶劑，要求這些溶劑的超臨界溫度分布在250～350℃之間，與瀝青的軟化點溫度相符合。