碳前体组合物制造技术

液态碳前体组合物，其包含(a)至少一种芳族环氧树脂；和(b)(i)至少一种芳族共反应性固化剂或(b)(ii)至少一种催化固化剂，或(b)(iii)其混合物；其中所述液态组合物在添加任选的组分和固化之前，在25℃时具有小于10,000mPa-s的净粘度；并且其中所述液态前体组合物在添加任选的组分之前、在固化之前和在碳化之前，在25℃时具有小于10,000mPa-s的净粘度；并且其中经受固化的液态前体组合物在没有任选组分的情况下测量时，具有至少35wt％的碳收率；固化的液态碳前体组合物；由上述液态碳前体组合物制成的碳化材料；和产生上述组合物的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】液态碳前体组合物，其包含(a)至少一种芳族环氧树脂；和(b)(i)至少一种芳族共反应性固化剂或(b)(ii)至少一种催化固化剂，或(b)(iii)其混合物；其中所述液态组合物在添加任选的组分和固化之前，在25℃时具有小于10,000mPa-s的净粘度；并且其中所述液态前体组合物在添加任选的组分之前、在固化之前和在碳化之前，在25℃时具有小于10,000mPa-s的净粘度；并且其中经受固化的液态前体组合物在没有任选组分的情况下测量时，具有至少35wt％的碳收率；固化的液态碳前体组合物；由上述液态碳前体组合物制成的碳化材料；和产生上述组合物的方法。【专利说明】碳前体组合物
本专利技术涉及液态碳前体制剂或组合物和制备所述液态碳前体组合物的方法。
技术介绍
迄今为止，已经公开了几种用于从碳质前体材料制备各种碳化终产物的方法。已 知的制备碳化终产物的方法通常通过以下步骤进行：（i)通过例如浸渍或渗透将液态碳前 体引入多孔物体或预制品（例如碳强化材料例如碳纤维束）中以形成浸渍预制品，（ii) 凝固（例如通过固化形成热固材料）所述液态碳前体浸渍的预制品以形成固化预制品，和 (iii)碳化所述固化预制品以形成碳化最终产物。 例如，GB1343773A公开了通过用包含热固性树脂例如环氧树脂的液体浸渍排列 好的碳纤维束而制备的用碳纤维强化的石墨制品。GB1343773A中公开的所述液体的粘度 随着时间和温度而增加；因此，随着所述环氧热固性树脂的粘度增加，进一步限制了所述纤 维中吸收的环氧树脂的量。另外，当在用于浸渍碳纤维的液态前体中使用环氧树脂热固性 树脂时，由这样的液态环氧树脂前体制成的最终碳化产物具有非常低的碳收率，例如小于 20重量％ (wt%)的碳收率。 JamesGaryPruett，"CarbonMatrices"，ASM手册，第21 卷，Composites，Miracle 等编著，164-168页，2001 ;很好地描述了用已知的液态前体形成碳基质的问题，如下： "所有用于生产碳基质的液态前体方法都具有一种问题：前体材料总是具有比想 要的碳基质更低的单位体积碳含量。因此，当成为最终的基质时，所述前体的体积总有缩 减。另外，大多数液态前体材料在碳化过程期间失去一些它们的碳含量和所有它们的非碳 含量。……结果，所述方法中在碳收率上附加费用高。从聚酯和环氧化物得到的碳收率差 (〈20% )。有效收率得自于环氧-酚醛清漆树脂、呋喃、和酚醛树脂（>50% )。" 上面的Pruett参考文献公开了环氧-酚醛清漆提供>50%的碳收率；但是，环 氧-酚醛清漆树脂具有的缺点是非常粘稠。Pruett中公开的所述环氧-酚醛清漆的粘度可 以是如此之高（例如，25°C时30,OOOmPa-s)，以至于这样的环氧-酚醛清漆树脂难以通过涂 布、成膜、灌注、喷洒和浸渍来加工。因此，粘稠的环氧-酚醛清漆树脂需要溶剂来降低所述 树脂的粘度，以能够通过以上方法加工所述树脂。然而，溶剂倾向于降低由所述溶剂稀释的 树脂制剂制成的所得产物的有效碳收率。
技术实现思路
本专利技术的一种实施方式涉及可用作产生其他碳材料的前体的液态碳前体组合物， 其中所述液态碳前体组合物包含（a)至少一种芳族环氧树脂；和（b) (i)至少一种芳族共反 应性固化剂、或（b) (ii)至少一种催化固化剂、或（b) (iii)其混合物；其中所述液态前体组 合物在添加任选的组分之前、在固化之前和在碳化之前，在25°C时具有小于10,OOOmPa-S 的净粘度；并且其中经受固化的（beingcured)液态前体组合物在没有任选组分的情况下 测量时，具有至少35wt%的碳收率。 本专利技术的另一种实施方式涉及制备上述液态碳前体组合物的方法。 本专利技术的又一种实施方式涉及固化的碳前体组合物，其包含固化可固化液态制剂 的反应产物，所述可固化液态制剂包含：(a)至少一种芳族环氧树脂；和（b) (i)至少一种芳 族共反应性固化剂、(b) (ii)至少一种催化固化剂、或（b) (iii)其混合物；和（C)至少一种 致孔剂；其中所述液态组合物在添加任选的组分之前、在固化之前和在碳化之前，在25°C 时具有小于10,OOOmPa-S的净粘度；并且其中所述固化的碳前体组合物在没有任选组分的 情况下测量时，具有至少35wt%的碳收率。 本专利技术的再一种实施方式涉及制备上述固化的液态碳前体组合物的方法。 本专利技术的又一种实施方式涉及通过固化和碳化上述液态碳前体组合物而制备的 碳化产物。 本专利技术的再一种实施方式涉及制备碳化产物的方法，所述方法包括以下步骤： (I)混合（a)至少一种芳族环氧树脂；和（b) (i)至少一种芳族共反应性固化剂、 或（b) (ii)至少一种催化固化剂、或（b) (iii)其混合物；其中所述液态前体组合物在添加 任选的组分之前、在固化之前和在碳化之前，在25°C时具有小于10,OOOmPa-S的净粘度；并 且其中经受固化的液态前体组合物在没有任选组分的情况下测量时，具有至少35wt%的碳 收率； (II)固化步骤⑴的所述可固化液态碳前体组合物以形成固化产物；其中所述固 化组合物在没有任选组分的情况下测量时，具有至少35重量％的碳收率；和 (III)碳化步骤（II)的所述固化产物以形成碳化组合物。 利用上述方法从上述本专利技术的液态碳前体组合物制备的碳化组合物可以有利地 可用于包含所述碳化组合物的各种最终用途碳化产品，例如碳-碳复合材料制品或部件。 另外，当产生用于如上所述的最终用途的碳化最终产物时，所述可碳化的液态碳 前体组合物在它固化之前表现出低净粘度，其允许所述液态前体流动和充分地润湿在各种 最终用途中与所述液态前体组合使用的碳材料（例如碳纤维或碳毡）。例如，在固化和碳 化液态碳前体组合物/碳材料的组合后，所生成的碳化产物具有比起始碳材料更高的碳密 度；并且所生成的碳化产物的碳密度充分增加到对于它的计划最终用途而言足够的水平。 能够向最终的碳化产物提供某些提高的性质例如所述碳化产物部件的热导性和/ 或结构强度（例如最大可压缩性）的碳前体组合物，将是技术人员希望的。此外，在一些应 用中，希望所述碳前体组合物能够有效而均匀地分散在整个另一种碳材料（例如碳纤维束 或碳纤维毡）中，从而降低或最小化所述最终碳化产物中的不均匀性或不均质性，使得由 所述最终碳化产物制成的部件的可靠性因为更为一致的体积性质而提高。 本专利技术的一个目的是通过用可经历固化和碳化以最终产生碳化基质的低粘度润 湿性液态碳前体组合物来浸渍碳基质，从而提供用于制造具有均匀致密的成型结构的形式 并具有高碳收率的厚的高性能碳复合材料的快速低成本高效方法。 有利地，本专利技术的低粘度液态碳前体组合物可润湿各种碳材料，例如碳纤维；并且 所述液态碳前体组合物可容易地浸渍碳基质的即使最小的空隙。一旦在碳基质内部，就引 发固化在所述碳基质内部的所述液态碳前体组合物，产生固化前体，所述固化前体进而可 碳化以形成出色的基质。 另外，本专利技术的低粘度液态碳前体组合物提供与现有技术相反的意想不到的和令 人惊讶的结果。例如，美国本文档来自技高网...

【技术保护点】
可固化液态碳前体组合物，其包含(a)至少一种芳族环氧树脂；和(b)(i)至少一种芳族共反应性固化剂、(b)(ii)至少一种催化固化剂、或(b)(iii)其混合物；其中所述液态前体组合物在添加任选的组分之前、在固化之前和在碳化之前，在25℃时具有小于10,000mPa‑s的净粘度；并且其中经受固化的液态前体组合物在没有任选组分的情况下测量时，具有至少35wt％的碳收率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·拉克劳特，M·J·马克斯，L·瓦勒特，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US