[發明專利]一種泡沫炭復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210084652.9
• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN102616767A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 林起浪;陳智明
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于炭材料領域，涉及一種易成型高強度泡沫炭復合材料的制備技術，具體涉及一種泡沫炭復合材料及其制備方法。

背景技術

泡沫炭是一種由孔泡和相互連接的孔壁組成的具有三維網狀結構的輕質多孔材料，除了具有炭材料的常規性能外，還具有孔隙率高、比表面積大、熱穩定性和吸震性好、耐高溫、耐腐蝕等特點，這些特性使得泡沫炭基本滿足作為結構-功能一體化材料的要求。目前泡沫炭在航空、航天、化工、電子等諸多領域得到廣泛的應用，如可作為高性能隔熱材料、導熱材料、減震材料、輕質高精度太空倉發射鏡的基體材料以及金屬或者氣體的過濾材料等。特別地，近期生物電池電極材料、生物菌固菌載體材料、水處理多孔材料等研究的興起，又為泡沫炭在能源、環保、催化等領域的應用注入了新的活力。然而，泡沫炭材料的一個顯著的缺點是力學性能差，在實際應用時存在極大的安全隱患。另外，在泡沫炭制備過程中還存在工藝復雜、成本高、操作危險、難以一次復雜成型等諸多問題，這極大地制約了其的進一步發展和應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種泡沫炭復合材料及其制備方法，本發明制得的泡沫炭復合材料強度高、孔泡尺寸均勻、隔熱性能優異，并且工藝簡單、可一次復雜成型、生產過程安全、對設備要求較低。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種泡沫炭復合材料的制備方法包括原料的配備、原料與增強材料的混合、預聚、澆注成型、固化及炭化工藝；

（1）原料的配備

基體原料：雙酚A型氰酸酯、雙環戊二烯雙酚型氰酸酯、多官能團氰酸酯、四甲基雙酚F型氰酸酯、雙酚M型氰酸酯、雙酚F型氰酸酯、雙酚E型氰酸酯、雙酚A型氰酸酯預聚體的一種或者幾種混合物；

增強材料：羥基化納米碳管、酸化納米碳管、氧化石墨烯、有機蒙脫土、介孔二氧化硅、納米二氧化硅的一種；

基體原料、增強材料之間的比例關系為：基體原料：90-99.9wt％；增強材料0.1-10wt%；

（2）原料與增強材料的混合

將上述配備好的原料在溶劑中進行超聲分散，具體工藝參數如下：

溶劑：二氯甲烷、乙醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺的一種；

溫度：25-100℃；

時間：0.1-2h；

超聲功率：100-600?W；

（3）溶劑的脫除

將上述配制好的混合液裝入減壓蒸餾裝置中進行脫溶劑，具體參數如下：

溫度：60-200℃；

時間：0.1-2?h；

真空度：1.0×10^-1-1.0×10⁵?Pa；

攪拌速度：50-1000?rpm；

（4）原料混合物的預聚

將上述脫去溶劑的混合物移入反應器中，進行預聚，具體參數如下：

溫度：100-200℃；

時間：0.1-4?h；

保護氣氛：N₂或者Ar；

氣體流量：50-200?ml/min；

攪拌速度：50-1000?rpm；

（5）澆注成型

將上述預聚物倒入預熱的模具中，脫氣泡，具體參數如下：

溫度：100–200℃；

脫氣泡時間：0.1–5?h；

真空度：1.0×10^-1–1.0×10⁵?Pa；

（6）固化

預聚物經澆注成型后進行固化，具體參數如下：

固化溫度：100–300℃；

固化時間：1–10?h；

真空度：1.0×10^-1–1.0×10⁵?Pa；

（7）炭化工藝

固化后的復合材料經過脫模后放入氣氛爐中，然后以一定的升溫速率升溫至預定溫度后保持一段時間，隨爐冷卻至室溫取出，工藝參數為：

升溫速率：2–50℃/min；

預定溫度：600–1500℃；

保溫時間：0.5–10?h；

保護氣氛：N₂或者Ar；

氣體流量：50–200?ml/min。

所述步驟4）中的聚合反應或采用將溫度先自由升溫至60-80℃，之后以5-10℃/min的升溫速率升溫至所述的100-200℃。