[發明專利]添加六鈦酸鉀晶須的碳泡沫隔熱材料的制備方法

有效

• 申請號: 200910093953.6
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN101671196A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 羅瑞盈;陳雅萍;李進松;章勁草
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C04B38/02
• 分類號: C04B38/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明涉及一種添加六鈦酸鉀晶須的碳泡沫隔熱材料的制備方法，具體是 將隔熱添加劑六鈦酸鉀晶須加入到液態酚醛樹脂中，經過發泡制得酚醛泡沫， 再經碳化熱處理制備新型的碳泡沫隔熱材料的方法。

背景技術

碳泡沫是一種多孔性輕質固態材料，其最大的特點是多樣性和可設計性， 具有成為新一代功能材料、結構材料的潛力。

通過調整溫度、壓強、發泡劑含量等工藝參數，碳泡沫的密度可達0.04～ 0.65g/cm³，導熱系數可達0.05～200W·m^-1·K^-1。因此碳泡沫既可制成低熱導率 的隔熱材料，又可制成高熱導率的導熱材料。

碳泡沫的制備主要采用有機聚合物和中間相瀝青制備，但是其機械強度較 低。向瀝青或者聚合物中加入粒狀、纖維狀增強體可以改善力學性能和熱性能。

六鈦酸鉀晶須擁有優良的隔熱性能(25℃時導熱系數為0.054W·m^-1·K^-1) 和力學性能(拉伸強度＞7MPa)，向碳泡沫中引入六鈦酸鉀晶須，對其性能的提 高有著很大潛力，使其更廣泛地應用于航空航天等領域。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種添加六鈦酸鉀晶須的碳泡沫隔熱材料 的制備方法，以彌補現有技術的不足，滿足航空航天領域的需要。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種添加六鈦酸鉀 晶須的碳泡沫隔熱材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)各種化學試劑和添加劑六鈦酸鉀晶須的稱量：將酚醛樹脂、表面活性劑、 發泡劑、固化劑按照發泡配方——100∶4∶4∶12準確稱量，并且按照添加質量分 數為0％，2％，4％，6％稱取六鈦酸鉀晶須；

(2)添加劑六鈦酸鉀晶須的均勻分散：向液態酚醛樹脂中順次加入表面活性 劑、發泡劑和六鈦酸鉀晶須，用機械攪拌和超聲波振蕩相結合的方式對整個體 系混合均勻；

(3)發泡和固化成型：將固化劑加入到步驟(2)分散均勻的樹脂體系中，攪 拌均勻后，澆注到模具中發泡并且固化成型，得到酚醛泡沫；

(4)碳化熱處理：將酚醛泡沫去殼處理后放在真空碳化爐中，以平均0.5 ℃/min的速率加熱到碳化溫度800℃，得到碳泡沫制品。

其中，所述的酚醛樹脂是液態的甲階酚醛樹脂；

其中，所述的表面活性劑是吐溫-80；

其中，所述的發泡劑是正戊烷；

其中，所述的固化劑是鹽酸；

其中，所述的添加劑是六鈦酸鉀晶須為針狀，長度為2～8μm。

本發明的有益效果是：用本發明制備的碳泡沫隔熱材料孔徑均勻，且多為 閉孔結構，力學性能和隔熱性能優良，成本低，在制備過程工，工作環境可靠。 本發明的原理是利用機械攪拌和超聲波分散，使六鈦酸鉀晶須均勻分布在液態 的酚醛樹脂體系中，然后加入固化劑，在發泡過程中六鈦酸鉀晶須被固定在酚 醛泡沫結構中，并最終均勻分散在碳泡沫結構中，起到提高力學性能和隔熱性 能的作用。

附圖說明

圖1為添加2wt％六鈦酸鉀晶須的碳泡沫微觀結構圖

圖2為添加4wt％六鈦酸鉀晶須的碳泡沫微觀結構圖

具體實施方式

下面結合具體實例對本發明的技術方案做進一步的詳細闡述。

實施例一：

按照酚醛樹脂100份、表面活性劑4份、發泡劑4份、固化劑12份的發泡 配方稱量各組分原料，向液態酚醛樹脂中順次加入表面活性劑、發泡劑；機械 攪拌1小時，再超聲波分散2小時使其分散均勻。然后在常溫常壓下，加入固 化劑后，攪拌均勻后澆注到模具中發泡并且固化后，得到酚醛泡沫。將酚醛泡 沫去殼處理后，放入真空碳化爐中，在真空條件下，以0.5℃/min的速率加 熱到800℃，得到碳泡沫隔熱材料。其中，酚醛樹脂為液態甲階酚醛樹脂(黏 度(25℃)：100～120mPa·s)；其中，表面活性劑是吐溫～80；其中，發泡劑 是正戊烷；其中，固化劑是鹽酸。

對這種碳泡沫隔熱材料進行性能測試：材料的密度為0.248g/cm³，壓縮強 度為5.37MPa，25℃時的熱導率為0.39W·m^-1·K^-1。