一种中间相沥青基泡沫碳的制备方法技术

本发明专利技术属于中间相沥青基泡沫碳材料的制备方法，具体地说涉及一种低温制备高导热石墨泡沫的方法。以中间相沥青为主要原料，并加入路易斯酸催化剂，并按路易斯酸催化剂与中间相沥青质量比为0.01-0.5组成的原料，经机械混合、置入高压釜，碳化石墨化，即可制成中间相沥青基泡沫碳材料。按两种原料的组成与配比，通过控制发泡工艺条件所制备的最初制品再经过碳化石墨化制得中间相沥青基泡沫碳材料。该方法发泡时需要加热的温度较低，充分利用催化聚合时产生的热量进行发泡，降低了加热温度，有利于成本的降低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于中间相沥青基泡沫碳材料的制备方法，具体地说涉及一种低温制备高导热石墨泡沫的方法。以中间相沥青为主要原料，并加入路易斯酸催化剂，并按路易斯酸催化剂与中间相沥青质量比为0.01-0.5组成的原料，经机械混合、置入高压釜，碳化石墨化，即可制成中间相沥青基泡沫碳材料。按两种原料的组成与配比，通过控制发泡工艺条件所制备的最初制品再经过碳化石墨化制得中间相沥青基泡沫碳材料。该方法发泡时需要加热的温度较低，充分利用催化聚合时产生的热量进行发泡，降低了加热温度，有利于成本的降低。【专利说明】一种中间相沥青基泡沬碳的制备方法
本专利技术属于中间相浙青基泡沫碳材料的制备方法，具体地说涉及一种低温制备高 导热石墨泡沫的方法。
技术介绍
随着航空航天技术与电子技术的发展，使得电子设备趋向小型化、高度集成化，为 保证高功率密度电子仪器设备和微型/小型集成功能系统的稳态运行，对其使用过程产生 的热量强化导出，降低使用温度提出了更高的要求。美国橡树岭国家实验室采用发泡工 艺，无需进行传统制备方法中的吹气发泡和预氧化处理，大大缩短了制备时间，降低了制备 成本，有效地提高了石墨泡沫的导热率。通常情况下要制备出高导热中间相浙青基泡沫碳材 料，通常需要在较高温度（不小于500°C)下进行制备，这使得材料的制备工艺条件苛刻，制 备成本仍然较高，导致泡沫碳材料的推广使用存在一定的困难。 对于化学反应来说，碳材料的碳化过程是热引发的自由基聚合与裂解反应，该过 程受自由基反应活化能限制，因此存在耗能高、费时、工艺复杂等缺陷。利用催化剂可以有 效调节反应的活化能，特别是对于热解反应和缩合反应，采用催化剂进行催化热解碳氢化 合物和缩合稠环芳烃化合物可以有效增加其反应速率和控制产物的微观结构，进而可以调 控所制得材料的性能。对于制备纳米碳材料来说，利用CVD催化制备各种纳米碳材料是较 为普通的手段，例如制备纳米碳管，纳米碳纤维等等，这种方法降低了碳氢键的活化能，有 效地降低了制备特殊碳材料的反应温度，并结合工艺参数的改变达到控制材料的微观结构 的目的。 在碳化过程中，热引发的聚合反应速率是较慢的，采用加入FeCl3、A1C1 3或者HF/ BF3有效提高聚合的反应速率。因此，本专利通过加入特定的物质，可以有效降低碳化温度， 提高碳化速率，进而可以有效降低制备中间相浙青基泡沫碳的成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：现有技术中，制备高导热中间相浙青基泡沫碳 材料，通常需要在较高温度（不小于500°C)下进行制备，这使得材料的制备工艺条件苛刻， 制备成本仍然较高，导致泡沫碳材料的推广使用存在一定的困难。 为解决这一技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种低温制备中间相浙青 基泡沫碳材料的工艺方法，主要以中间相浙青为主要原料，加入少量路易斯酸催化剂，通过 改变加入催化剂的种类与量来实现催化碳化法制备高导热率的中间相浙青基泡沫碳材料。 制备方法为：将混有路易斯酸催化剂的中间相浙青置于高压釜中，在氮气气氛中， 将混有路易斯酸催化剂的中间相浙青加热至380_420°C，待反应体系开始自动升温时，停止 加热，任高压釜中反应自由进行，待反应结束，高压釜中反应物温度下降至常温时，出釜得 到泡沫浙青制品；将得到的泡沫浙青制品依次进行碳化、石墨化操作，得到石墨泡沫材料， 本专利技术所采用的中间相浙青的软化点为210?330°C，中间相含量为60?100%。 上述制备方法的具体步骤为： (1)将混有路易斯酸催化剂的中间相浙青置于高压釜中，在氮气压力为〇. 1? lOMPa下，以0. 1?10°C /min的升温速度将混有路易斯酸催化剂的中间相浙青加热至 380-420°C，待反应体系开始自动升温时，停止加热，任体系温度自由升降，待反应结束后自 然冷却，高压釜中反应物温度下降至常温时，出釜得到泡沫浙青制品， 该步骤中，中间相浙青为粒径彡0. 154mm的颗粒状， 路易斯酸催化剂与中间相浙青混合时的质量比为0. 01?0. 5,路易斯酸催化剂的 种类为FeCl3、A1C13或者HF/BF3等，当催化剂为FeCl 3或A1C13时，采用不锈钢材质的高压 釜；当催化剂为HF/BF3时，采用蒙乃尔材质的高压釜， 将混有路易斯酸催化剂的中间相浙青加热至380-420°C后，由于路易斯酸催化剂 的存在，会首先引发中间相浙青中的聚合反应，聚合反应会放出大量的热（中间相浙青反 应体系的温度快速自动上升到500-750°C甚至更高），此时可以停止加热，也无需进行程序 控温，便可实现对体系的发泡操作； (2)将步骤⑴中得到的泡沫浙青制品置于碳化炉中，在氮气流下，以0.1? 10°C /min的升温速度，加热到800°C?1500°C，并恒温2小时，自然冷却后出炉即得到碳化 浙青泡沫体； (3)将步骤（2)中得到的碳化浙青泡沫体置于石墨化炉中，在氩气流下，以1? 50°C /min的升温速度，加热到2000°C?3000°C，并恒温15分钟，自然冷却后出炉即得到石 墨泡沫材料。 本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过路易斯酸催化剂，在较低的温度下引发中间 相浙青中的聚合反应，充分利用催化聚合时产生的热量进行发泡，因此通过本专利技术的制备 工艺制备中间相浙青基泡沫碳材料时，无需对中间相浙青加热到过高的温度，大大减轻了 生产设备的压力，工艺较为简单，生产周期短，见效快；并且原料来源广泛，价格便宜，制备 的产品具有优良的力学性能和热学性能。 【具体实施方式】 实施例1 (1)将中间相浙青3000g(平均粒径0· 15mm、软化点270°C )与FeCl3催化剂（催 化剂与中间相浙青的质量比为0.2)混合均匀，装入容器中，置入高压釜，并向高压釜内充 入氮气，氮气压力3MPa，在高压釜中，将混有催化剂的中间相浙青加热至420°C，待反应体 系开始自动升温时，停止加热，反应体系在催化聚合自生热作用下自动升温到最高600°C， 待反应结束后自然冷却至常温，出釜得到泡沫浙青制品（反应过程中，调整氮气压力使得 泡沫浙青制品的密度为〇. 6g/cm3); (2)将步骤（1)中得到的泡沫浙青制品置于碳化炉中，在氮气流下，以4°C /min的 升温速度，加热到l〇〇〇°C，并恒温2小时，自然冷却后出炉即得到碳化浙青泡沫体； (3)将步骤（2)中得到的碳化浙青泡沫体置于石墨化炉中，在氩气流下，以18°C / min的升温速度，加热到2400°C，并恒温15分钟，自然冷却后出炉即得到石墨泡沫材料。 具体测试数据见表1。 实施例2 (1)将中间相浙青3000g(平均粒径0· 15mm、软化点280°C )与FeCl3催化剂（催 化剂与中间相浙青的质量比为0.3)混合均匀，装入容器中，置入高压釜，并向高压釜内充 入氮气，氮气压力3MPa，在高压釜中，将混有催化剂的中间相浙青加热至420°C，待反应体 系开始自动升温时，停止加热，反应体系在催化聚合自生热作用下自动升温到最高650°C， 待反应结束后自然冷却至常温，出釜得到泡沫浙青制品（反应过程中，调整氮气压力使得 泡沫浙青制品的密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温制备中间相沥青基泡沫碳材料的方法，其特征在于：所述的制备方法为，将混有路易斯酸催化剂的中间相沥青置于高压釜中，在氮气气氛中，将混有路易斯酸催化剂的中间相沥青加热至380‑420℃，待反应体系开始自动升温时，停止加热，任高压釜中反应自由进行，待反应结束，高压釜中反应物温度下降至常温时，出釜得到泡沫沥青制品；将得到的泡沫沥青制品依次进行碳化、石墨化操作，得到石墨泡沫材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李四中，顼栋，俞长松，王建龙，卜海建，
申请(专利权)人：常州黑玛新碳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32