[發明專利]二次固化法制備酚醛樹脂基泡沫炭的方法

有效

• 申請號: 200810080117.X
• 申請日: 2008-12-12
• 公開（公告）號: CN101428785A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 郭全貴;雷世文;史景利;劉朗;宋進仁;翟更太
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 山西五維專利事務所（有限公司）
• 代理人: 李 毅

所屬領域

本發明屬于泡沫炭的制備方法，具體地說涉及一種二次固化法制備酚醛樹脂基泡沫炭的方法。

背景技術

泡沫炭是一種特殊的新型多孔性輕質炭材料，孔徑微小且相互貫穿、比表面積大、密度變化范圍大。這種具有相互聯結的孔泡壁組成的三維網狀結構，使之在聲學、光學、電學、熱學和動力學等方面具有獨特性質。泡沫炭的發展已經有幾十年，首先是由美國人Walterford在20世紀60年代末開發，這種泡沫炭由熱固性樹脂的熱解炭化制得，為碳骨架或網狀玻璃態結構。到90年代出現了新一代泡沫炭，其研究方向主要集中于用瀝青和煤替代其它泡沫固化體材料制備泡沫炭，并迅速得到了開發應用，在高科技軍工、航天和航空領域、高溫、吸波材料和高性能燃料電池等領域具有廣泛的應用前景。除此之外，泡沫炭在儲能材料、隱身材料、核防護材料、催化劑載體、高能電極等方面都有著極大的開發和利用潛力。具有獨立的微孔結構和優異的隔熱、保溫性能的酚醛泡沫是制備樹脂基泡沫炭的基體材料。炭化后制得的酚醛樹脂基泡沫炭材料具有隔熱、輕質、高強和耐高溫燒蝕性能，在高溫隔熱領域，是一種具有大多數材料不可比擬性能的新型耐高溫輕質隔熱材料。目前研究人員的興趣和精力集中于煤基、瀝青基、煤焦油和石油基，對酚醛樹脂基泡沫炭的研究甚少。六、七十年代，雖然已有研究人員對酚醛樹脂基泡沫炭作了初步的研究，但是普遍存在制備時間長，炭化過程中樣品收縮量大、開裂嚴重，很難得到完整的制品等一系列較多的問題，導致制品遠不能滿足應用要求。同時較難制備出尺寸較大，形狀規整的酚醛樹脂基泡沫炭樣品。因此，為酚醛樹脂基泡沫炭的的進一步應用，同時制備得尺寸較大，形狀規整的泡沫炭樣品需要采取新的措施。

發明內容

本發明的目的是提供一種尺寸大，形狀規整的二次固化法制備酚醛樹脂基泡沫炭的方法。

本發明先用甲醛溶液和苯酚在草酸催化作用下聚合得的熱塑性酚醛樹脂為基料，以六次甲基四胺為固化劑，用有機溶劑充分溶解，倒入敞口的容器中。將裝有溶液的容器放在樣品架上，放入高溫高壓釜中。通入氮氣，使釜內壓力保持在0.5-2.5MPa，以一定的溫度程序加熱到250-300℃固化成型。制備得酚醛樹脂基泡沫固化體。然后將泡沫固化體研磨成粉末狀，再加入熱固性酚醛樹脂做粘結劑，在模具中加熱模壓，固化壓制成規則形狀。最后將壓制后的樣品放入炭化爐中以一定的升溫程序加熱炭化，制備得泡沫炭。

本發明的制備方法如下：

(1)在常溫、常壓下，先將一定比例的熱塑性酚醛樹脂和六次甲基四胺用有機溶劑充分溶解，然后放入高溫高壓釜中；

其中熱塑性酚醛樹脂和六次甲基四胺的質量比為：100∶8-15；

(2)給高溫高壓釜通入氮氣，使釜內壓力保持在0.8-2.5MPa，以0.2-0.3℃/分的升溫速度加熱到180-220℃后，開始以0.2-0.5MPa/h的速度使釜內壓力緩慢地降到常壓。卸壓過程中溫度保持恒定，卸壓后繼續以0.2-0.3℃/分的升溫速度加熱到250-300℃固化成型，制得泡沫固化體；

(3)將制得的泡沫固化體研磨成150-200目的粉末，然后放入通用級熱固性酚醛樹脂的有機溶劑溶液中，攪拌充分后制成均勻的漿狀料；其中泡沫固化體粉末和熱固性酚醛樹脂的質量比為：100∶10-20，

熱固性酚醛樹脂的有機溶劑溶液的質量百分比濃度為5-25％；

(4)將漿狀料在60-80℃下烘干，然后裝入模具中在4-15MPa的壓力下預壓成型，最后加熱到160-200℃固化成型；

(5)最后將固化樣放入炭化爐中，通入氮氣作保護氣，以0.5-2.5℃/分的升溫速度加熱炭化到800-1000℃，恒溫30分鐘，制得酚醛樹脂基泡沫炭。

所述的熱固性酚醛樹脂可以是213，214，219，2124或2127牌號。

所述的有機溶劑為乙醇、甲醇或丙酮。

所述的熱塑性酚醛樹脂在有機溶劑中的體積質量濃度為0.10-0.30g/mL。

本發明的優點如下：

1)用本法制得的酚醛樹脂基泡沫炭結構致密，孔徑小，強度高，隔熱性優異可作為高溫條件下的輕質耐燒蝕隔熱材料。

2)可以通過控制模壓過程中壓力的大小來調控和制備得所需密度和強度的酚醛基泡沫炭。

3)工藝操作簡單，方便，科學可行，可以制備得尺寸為200mm×200mm以上的較大尺寸樣品，且樣品結構完整。

具體實施方式