[发明专利]二次固化法制备酚醛树脂基泡沫炭的方法

说明书

所属领域

本发明属于泡沫炭的制备方法，具体地说涉及一种二次固化法制备酚醛树脂基泡沫炭的方法。

背景技术

泡沫炭是一种特殊的新型多孔性轻质炭材料，孔径微小且相互贯穿、比表面积大、密度变化范围大。这种具有相互联结的孔泡壁组成的三维网状结构，使之在声学、光学、电学、热学和动力学等方面具有独特性质。泡沫炭的发展已经有几十年，首先是由美国人Walterford在20世纪60年代末开发，这种泡沫炭由热固性树脂的热解炭化制得，为碳骨架或网状玻璃态结构。到90年代出现了新一代泡沫炭，其研究方向主要集中于用沥青和煤替代其它泡沫固化体材料制备泡沫炭，并迅速得到了开发应用，在高科技军工、航天和航空领域、高温、吸波材料和高性能燃料电池等领域具有广泛的应用前景。除此之外，泡沫炭在储能材料、隐身材料、核防护材料、催化剂载体、高能电极等方面都有着极大的开发和利用潜力。具有独立的微孔结构和优异的隔热、保温性能的酚醛泡沫是制备树脂基泡沫炭的基体材料。炭化后制得的酚醛树脂基泡沫炭材料具有隔热、轻质、高强和耐高温烧蚀性能，在高温隔热领域，是一种具有大多数材料不可比拟性能的新型耐高温轻质隔热材料。目前研究人员的兴趣和精力集中于煤基、沥青基、煤焦油和石油基，对酚醛树脂基泡沫炭的研究甚少。六、七十年代，虽然已有研究人员对酚醛树脂基泡沫炭作了初步的研究，但是普遍存在制备时间长，炭化过程中样品收缩量大、开裂严重，很难得到完整的制品等一系列较多的问题，导致制品远不能满足应用要求。同时较难制备出尺寸较大，形状规整的酚醛树脂基泡沫炭样品。因此，为酚醛树脂基泡沫炭的的进一步应用，同时制备得尺寸较大，形状规整的泡沫炭样品需要采取新的措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种尺寸大，形状规整的二次固化法制备酚醛树脂基泡沫炭的方法。

本发明先用甲醛溶液和苯酚在草酸催化作用下聚合得的热塑性酚醛树脂为基料，以六次甲基四胺为固化剂，用有机溶剂充分溶解，倒入敞口的容器中。将装有溶液的容器放在样品架上，放入高温高压釜中。通入氮气，使釜内压力保持在0.5-2.5MPa，以一定的温度程序加热到250-300℃固化成型。制备得酚醛树脂基泡沫固化体。然后将泡沫固化体研磨成粉末状，再加入热固性酚醛树脂做粘结剂，在模具中加热模压，固化压制成规则形状。最后将压制后的样品放入炭化炉中以一定的升温程序加热炭化，制备得泡沫炭。

本发明的制备方法如下：

(1)在常温、常压下，先将一定比例的热塑性酚醛树脂和六次甲基四胺用有机溶剂充分溶解，然后放入高温高压釜中；

其中热塑性酚醛树脂和六次甲基四胺的质量比为：100∶8-15；

(2)给高温高压釜通入氮气，使釜内压力保持在0.8-2.5MPa，以0.2-0.3℃/分的升温速度加热到180-220℃后，开始以0.2-0.5MPa/h的速度使釜内压力缓慢地降到常压。卸压过程中温度保持恒定，卸压后继续以0.2-0.3℃/分的升温速度加热到250-300℃固化成型，制得泡沫固化体；

(3)将制得的泡沫固化体研磨成150-200目的粉末，然后放入通用级热固性酚醛树脂的有机溶剂溶液中，搅拌充分后制成均匀的浆状料；其中泡沫固化体粉末和热固性酚醛树脂的质量比为：100∶10-20，

热固性酚醛树脂的有机溶剂溶液的质量百分比浓度为5-25％；

(4)将浆状料在60-80℃下烘干，然后装入模具中在4-15MPa的压力下预压成型，最后加热到160-200℃固化成型；

(5)最后将固化样放入炭化炉中，通入氮气作保护气，以0.5-2.5℃/分的升温速度加热炭化到800-1000℃，恒温30分钟，制得酚醛树脂基泡沫炭。

所述的热固性酚醛树脂可以是213，214，219，2124或2127牌号。

所述的有机溶剂为乙醇、甲醇或丙酮。

所述的热塑性酚醛树脂在有机溶剂中的体积质量浓度为0.10-0.30g/mL。

本发明的优点如下：

1)用本法制得的酚醛树脂基泡沫炭结构致密，孔径小，强度高，隔热性优异可作为高温条件下的轻质耐烧蚀隔热材料。

2)可以通过控制模压过程中压力的大小来调控和制备得所需密度和强度的酚醛基泡沫炭。

3)工艺操作简单，方便，科学可行，可以制备得尺寸为200mm×200mm以上的较大尺寸样品，且样品结构完整。

具体实施方式