所属领域
本发明属于一种泡沫炭的制备,具体地说涉及一种酚醛树脂基开孔型泡沫炭的制备和制备方法。
背景技术
泡沫炭从1964年由美国人Walter ford首先由
聚合物热解炭化制得后,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。这种特殊的新型多孔性炭材料,孔径微小且相互贯穿、
比表面积大、
密度和性能可调可控,在声学、光学、电学、热学和动力学等方面具有独特性质,目前引起了人们的极大的关注。
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、和耐高温烧蚀隔热性能,在高温轻质隔热领域,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。六、七十年代,研究人员已经对酚醛树脂泡沫炭作了初步的研究,但是普遍存在制备时间长,炭化过程中的树脂收缩量大、开裂问题严重,很难得到完整的制品等一系列较多的问题,导致制品的结构不致密、结构不易控制,强度低而远不能满足应用要求。虽然在以后的研究中采取了一些措施,但效果甚微。上述问题或
缺陷在较大的程度上限制了酚醛树脂基泡沫炭的进一步应用。因此,为酚醛树脂泡沫炭的的进一步应用,需要研究新的制备工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构致密,强度高的
一步法制备开孔型酚醛树脂基泡沫炭的方法。
本发明采用甲醛和
苯酚在
草酸催化作用下聚合得的游离酚含量小于6%的热塑性酚醛树脂粉末为基料,以六次甲基四胺为
固化剂和
碳酸盐或
氨盐为发泡剂来制备原料。用
研磨机将原料研磨到150-250目后,在
超声波粒度分散仪中分散均匀。将分散后的混合料装入模具中(带有上下两夹具,采用夹具是为了约束样品在加热固化过程中的膨胀,控制样品的形状和密度,进而最终控制所制备的泡沫炭的孔结构),先在小型模压机上预冷
压制成型,再用夹具固定好后,放入炭化炉中。在常压下,用氮气作惰性保护气源,按一定的程序升温到800℃,完成样品的发泡、固化和炭化,一步制备得开孔型酚醛树脂基泡沫炭。
本发明的制备方法包括如下步骤:
(1)在常温、常压下,先将热塑性酚醛树脂、六次甲基四胺、发泡剂的混合物用研磨机将原料研磨到150-250目,搅拌混合均匀;热塑性酚醛树脂、六次甲基四胺、发泡剂
质量比为:100∶8-15∶5-12;
(2)常温下,在
超声波中将混合粉末分散处理20-30分钟;
(3)将超声波分散处理后的混合粉末装入模具中,在1-5MPa压力下
冷压30-60分钟后,用夹具固定模具;
(4)将夹具固定着的模具放入高温炭化炉中,通入氮气,以1-2.5℃/min的升温速度升到800℃,得到泡沫炭。
所述的热塑性酚醛树脂是游离酚含量小于6%的热塑性酚醛树脂。
所述的发泡剂为NH4Cl,NaHCO3或KHCO3。
所述的模具采用普通电极材料制备。
本发明的优点如下
1:本方法使发泡、固化和炭化过程在同一个炭化炉中加热一步完成,同时解决了酚醛树脂在炭化过程中的收缩、开裂问题。
2:该酚醛树脂基泡沫炭密度适中,为开孔型泡沫炭,有较高的强度,结构致密。
3)通过工艺参数的控制可以制得不同密度的酚醛树脂基泡沫炭,工艺操作简单,方便,科学可行,整个过程时间短。
具体实施方式
实施例1:在常温、常压下,先将100g热塑性酚醛树脂、8g六次甲基四胺、5g NaHCO3用研磨机研磨到150目,搅拌混合均匀。在常温下,再用超声波将混合粉末分散处理30分钟。将超声波分散处理后的混合粉末装入电极材料做的模具中,用小型压机在预设的压力1MPa下压制30分钟后,用夹具固定模具。最后将夹具固定着的模具放入高温炭化 炉中,通入氮气,以升温速度为1℃/min的程序加热到800℃固化、发泡和炭化一步成型,制得密度0.25g/cm3的酚醛树脂基泡沫炭。实施例2:在常温、常压下,先将100g热塑性酚醛树脂、15g六次甲基四胺、8g NaHCO3用研磨机研磨到200目,搅拌混合均匀。在常温下,再用超声波将混合粉末分散处理20分钟。将超声波分散处理后的混合粉末装入电极材料做的模具中,用小型压机在预设的压力2MPa下压制40分钟后,用夹具固定模具。最后将夹具固定着的模具放入高温炭化炉中,通入氮气,以升温速度为1.5℃/min的程序加热到800℃固化、发泡和炭化一步成型,制得密度0.30g/cm3的酚醛树脂基泡沫炭。实施例3:在常温、常压下,先将100g热塑性酚醛树脂、10g六次甲基四胺、10gKHCO3用研磨机研磨到250目,搅拌混合均匀。在常温下,再用超声波将混合粉末分散处理30分钟。将超声波分散处理后的混合粉末装入电极材料做的模具中,用小型压机在预设的压力2MPa下压制40分钟后,用夹具固定模具。最后将夹具固定着的模具放入高温炭化炉中,通入氮气,以升温速度为2℃/min的程序加热到800℃固化、发泡和炭化一步成型,制得密度0.40g/cm3的酚醛树脂基泡沫炭。
实施例4:在常温、常压下,先将100g热塑性酚醛树脂、10g六次甲基四胺、12gNaHCO3用研磨机磨到250目,搅拌混合均匀。在常温下,再用超声波将混合粉末分散处理30分钟。将超声波分散处理后的混合粉末装入电极材料做的模具中,用小型压机在预设的压力5MPa下压制60分钟后,用夹具固定模具。最后将夹具固定着的模具放入高温炭化炉中,通入氮气,以升温速度为1℃/min的程序加热到800℃固化、发泡和炭化一步成型,制得密度0.51g/cm3的酚醛树脂基泡沫炭。实施例5:在常温、常压下,先将100g热塑性酚醛树脂、10g六次甲基四胺、10g NH4Cl用研磨机研磨到250目,搅拌混合均匀。在常温下,再用超声波将混合粉末分散处理30分钟。将超声波分散处理后的混合粉末装入电极材料做的模具中,用小型压机在预设的压力5MPa下压制50分钟后,用夹具固定模具。最后将夹具固定着的模具放入高温炭化炉中,通入氮气,以升温速度为2.5℃/min的程序加热到800℃固化、发泡和炭化一步成型,制得密度0.54g/cm3的酚醛树脂基泡沫炭。