[發明專利]一種彈性酚醛氣凝膠材料的制備方法及其產品

有效

• 申請號: 202110946830.3
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113651991B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 徐寶升;和晗;曲立杰;王一光
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;B01J13/00;C08L61/06;C08L61/14
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 許佳

本發明公開一種彈性酚醛氣凝膠材料的制備方法及其產品，屬于氣凝膠材料及其制備技術領域。所述方法包括以下步驟：(1)配制包含酚醛樹脂、固化劑、有機溶劑的均勻溶液；(2)將所述均勻溶液轉移至反應釜內膽中，密閉后置于反應釜中，進行溶膠?凝膠反應，得到酚醛濕凝膠；(3)將所述酚醛濕凝膠在環境壓力，室溫下干燥，得到彈性酚醛氣凝膠。本發明方法制備成本低，周期短，工藝簡單。本發明制得的彈性酚醛氣凝膠具有低的導熱系數，承受大壓縮形變(50％)而不破壞，950℃下的殘炭率達到50wt.％以上，綜合性能較為優異。

技術領域

本發明涉及氣凝膠材料及其制備技術領域，具體涉及一種彈性酚醛氣凝膠材料的制備方法及其產品。

背景技術

氣凝膠是一種由顆粒相互連接組成的具有連續孔隙三維網絡結構的低密度、高比表面積的材料，由于其具有低的導熱系數而被廣泛用作航空航天領域的隔熱材料。氣凝膠材料通常分為無機氣凝膠和有機氣凝膠兩大類。無機氣凝膠多由醇鹽和各種金屬氧化物制備所得，常用的氧化硅氣凝膠在超過1000℃的高溫下易燒結引起收縮、導致結構破壞，從而失去了隔熱性能，并且具有明顯的脆性斷裂的缺點，容易引發災難性的破壞。有機氣凝膠，尤其是酚醛氣凝膠中含有大量的碳元素，在800-2500℃下發生碳化過程以及形成的碳化層可以有效地保護內部材料，在大熱流環境下其高溫防隔熱性能明顯優于無機氣凝膠，但也存在氣凝膠固有的脆性問題。因此，發展一種具有彈性特征的有機氣凝膠隔熱材料，解決目前材料的脆性問題對未來航空航天領域的發展至關重要。

氣凝膠制備過程中的關鍵步驟為利用空氣取代濕凝膠內的溶劑。為了保持結構的完整，目前大部分氣凝膠采用超臨界干燥的方法制備，但存在制備成本高，操作復雜，對設備要求高，規模化生產受限等問題。為了解決上述問題，本發明提出了一種簡單可行、不依賴于大成本超臨界干燥設備的氣凝膠制備方法，直接利用商品化的酚醛樹脂，基于溶膠-凝膠反應，采用環境壓力干燥的方法，成功制得彈性酚醛氣凝膠材料。

發明內容

為克服現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種彈性酚醛氣凝膠材料的制備方法及其產品。本發明方法制備出的彈性酚醛氣凝膠在壓縮應變50％下，樣品依然可以保持結構完整性，并且具有低導熱系數，高溫殘炭率高等特征。該方法成本低，較大程度地縮短了制備周期，受設備等硬件限制小，工藝簡單，具備規模化生產制備前景。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種彈性酚醛氣凝膠材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

將酚醛樹脂加入有機溶劑中，攪拌，使其溶解，得到酚醛樹脂溶液，然后加入固化劑，繼續攪拌，得到混合液；將混合液進行溶膠-凝膠反應，得到酚醛濕凝膠；再將酚醛濕凝膠在常溫常壓下干燥，得到彈性酚醛氣凝膠材料；

所述固化劑為六亞甲基四胺(HMTA)。

進一步地，所述酚醛樹脂為熱固性酚醛樹脂、熱塑性酚醛樹脂、改性酚醛樹脂、線形酚醛樹脂中的一種或幾種。

所述熱固性酚醛樹脂為熱固性THC-400，熱固性THC-800，所述改性酚醛樹脂為環氧改性酚醛樹脂，所述線形酚醛樹脂為線型酚醛樹脂KT-3520F，所述熱塑性酚醛樹脂為熱塑性SFB樹脂。

進一步地，所述有機溶劑為乙醇、丙酮、乙二醇、異丙醇中的一種或幾種。有機溶劑根據對酚醛樹脂的溶解性、干燥處理后能否完全去除及干燥時樣品能否保持完整性進行選擇，優選為乙醇。

進一步地，所述攪拌時間為20-40min，所述繼續攪拌時間為60-90min。所述攪拌為磁力攪拌。

進一步地，所述酚醛樹脂與固化劑的質量比為(4-10)：1。

進一步地，所述酚醛樹脂溶液中酚醛樹脂體積分數為5-20％。

進一步地，所述溶膠-凝膠反應溫度為120-160℃，時間為24h。