一种高开孔率泡沫炭材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高开孔率泡沫炭材料的制备方法，属于炭材料领域。本发明专利技术以双马来酰亚胺、环氧树脂和二元胺为主要原料，先将沥青和环氧树脂球磨后，倒入聚合反应容器，并按比例称取双马来酰亚胺进行聚合反应，然后再加入二元胺搅拌获得预聚树脂，所得预聚树脂再经浇注成型、树脂的固化及炭化工艺制得所述泡沫炭材料。本发明专利技术所述的制备方法所制得泡沫炭材料具有良好的力学性能和开孔率，压缩强度达16~30MPa，密度0.35~0.52g/cm

Preparation of a high opening rate carbon foam material

The invention discloses a preparation method of high opening rate foam carbon material, which belongs to the field of carbon material. In the invention, bismaleimide, epoxy resin and amine as the main raw material of two yuan, the first asphalt and epoxy resin after ball milling, into the polymerization reaction vessel, and weigh bismaleimide by polymerization in proportion, then add two yuan to obtain pre mixing amine resin, the resin prepolymer by system curing and carbonization process of casting resin, the carbon foam material. The foam carbon material prepared by the invention has good mechanical properties and opening rate, and the compression strength is up to 16~30MPa, and the density is 0.35~0.52g/cm.

【技术实现步骤摘要】
一种高开孔率泡沫炭材料的制备方法
本专利技术属于炭材料领域，具体涉及一种高开孔率泡沫炭材料的制备方法。
技术介绍
在人们不断制备泡沫炭材料以来，其以高孔隙率、低密度、热稳定性能好、化学纯度高的优点，可作为电极材料、催化剂材料和隔热材料得到了广泛的应用。并且现已以中间相沥青为前驱体，经氧化、炭化及石墨化成功制备出高导热率、高导电率及机械性能优异的泡沫炭材料，在无机非金属材料中具有广泛的应用前景。但所得的泡沫炭的开孔率低，在许多领域收到了限制。主要表现在：低的开孔率使得活性物质难以进入泡沫炭内部，其表面不能得到充分利用，并且低的开孔率导致泡沫炭的热导率较低，在散热性能方面效果差，不能用作热交换器和散热材料使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于开发一种具有高开孔率、孔壁薄、力学性能优异的泡沫炭材料。主要是以双马来酰亚胺改性环氧树脂为基体，添加沥青和二元胺，经过原料的混合、预聚、浇注成型、固化、炭化工艺等工艺来制备这种泡沫炭材料。本专利技术制备的泡沫炭力学性能优异、开孔率高，且制备成本低、设备投入少，操作简单。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高开孔率泡沫炭材料的制备方法，其工艺流程包括原料的配备、球磨、树脂的预聚、浇注成型、固化及炭化工艺，具体如下：（1）原料的配备基本原料为双马来酰亚胺、环氧树脂和二元胺的混合物，双马来酰亚胺、环氧树脂和二元胺的重量比为（2~3）:（3~6）:（1~2）；辅助原料为沥青；基本原料和辅助原料之间的比例关系以质量分数计为：基本原料：50－95％；辅助原料：5－50％；（2）球磨将沥青和环氧树脂进行球磨，具体参数如下：球磨时间：1h－6h给料粒度：0.1mm－1mm转速：600rpm－1200rpm出料粒度：≤0.075mm；（3）预聚将球磨后的沥青和环氧树脂倒入聚合反应容器，并按比例称取双马来酰亚胺，先自由升温至80-100℃，之后以5-10℃/min的速度升温，且从升温开始通入N2或Ar2，气体流量为85~90mL/min；当温度升至120-180℃时，转速调至450~600rpm搅拌15~20min获得混合树脂，而后以5-10℃/min的温度降温至80-100℃，再按比例添加二元胺，转速调至400~550rpm搅拌15min获得预聚树脂；（4）浇注成型将上述预聚树脂倒入预热的模具中，脱气泡，具体参数如下：温度：80℃–180℃脱气泡时间：0.5h–5h真空度：1.0×10-1Pa–1.0×103Pa；（5）固化树脂经浇注成型后进行固化，具体参数如下：固化温度：100℃–240℃固化时间：1h–10h真空度：1.0×10-1Pa–1.0×105Pa；（6）炭化固化后的树脂经过脱模后放入气氛炉中，然后以一定的升温速率升温至预定温度后保持一段时间，随炉冷却至室温取出，工艺参数为：升温速率：2℃/min–30℃/min预定温度：600℃–1500℃保温时间：1h–10h保护气氛：N2或者Ar2气体流量：80mL/min–200mL/min。步骤（1）中所述沥青为煤沥青、石油沥青和中间相沥青中的任一种。步骤（1）所述二元胺包括二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯砜和二氨基二苯醚中的任意一种。所述步骤5）中的固化步骤或采用阶梯式固化，即80-120℃/0.5-2h→120-160℃/0.5-3h→160-200℃/0.5-2h→200-240℃/0.5-2h，升温速率为5~10℃/min。所述步骤6）中的炭化工艺或采用将温度先以2℃/min-10℃/min升温至300-600℃，保温1-3h；之后温度以10℃/min-30℃/min升温至600℃-1500℃，保温1-3h。本专利技术的有益效果在于：采用本专利技术所述的制备方法所制得泡沫炭材料具有良好的力学性能和开孔率，压缩强度达16~30MPa，密度0.35~0.52g/cm3，开孔率可达90%~98%。此外，本专利技术工艺简单，易于生产，操作简便；制备成本低，产品性能优异，可一次复杂成型。附图说明图1为采用实施例1工艺制备的泡沫炭材料的扫描电镜图片；图2为采用实施例2工艺制备的泡沫炭材料的扫描电镜图片；图3为采用实施例3工艺制备的泡沫炭材料的扫描电镜图片；图4为采用实施例4工艺制备的泡沫炭材料的扫描电镜图片。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不仅仅限于这些实施例。实施例1原料：二氨基二苯基甲烷：双马来酰亚胺：环氧树脂为1:2:3（重量比），中间相沥青（添加量为原料总重量的5%）。将环氧树脂与中间相沥青按比例称取，装入球磨机以900rpm球磨2h，然后将球磨后的原料倒入聚合反应容器，并称取比例的双马来酰亚胺，90℃之前自由升温，90℃之后以5℃/min的速度升温，且从升温开始通入N2，N2流量为85mL/min。当温度升至150℃时，转速调至500rpm搅拌20min获得混合树脂，而后以5℃/min的温度降温至100℃，再按比例添加二氨基二苯基甲烷，转速调至400rpm搅拌15min获得预聚树脂。然后倒入模具（100℃）中抽真空脱气泡1h，真空度为1.0×10-1Pa。然后按如下工艺进行固化：110℃/1.5h＋140℃/2h＋170℃/1.5h+200℃/2h。将固化所得的树脂放入N2保护气氛炉中，N2流量为150mL/min，再以5℃/min升温至450℃，保温2h；之后温度以15℃/min升温至1000，保温3h，随炉冷却至室温取出，即获得泡沫炭材料。所制备的泡沫炭具有如下性能：压缩强度16MPa、密度0.35g/cm3、开孔率为98%。实施例2原料：二氨基二苯砜：双马来酰亚胺：环氧树脂为1:2:4（重量比），石油沥青（添加量为原料总重量的10%）。将环氧树脂与石油沥青按比例称取，装入球磨机以1100rpm球磨5h，然后将球磨后的原料倒入聚合反应容器，并称取比例的双马来酰亚胺，100℃之前自由升温，100℃之后以5℃/min的速度升温，且从升温开始通入N2，N2流量为90mL/min。当温度升至180℃时，转速调至600rpm搅拌15min获得混合树脂，而后以5℃/min的温度降温至100℃，再按比例添加二氨基二苯砜，转速调至400rpm搅拌15min获得预聚树脂。然后倒入模具（180℃）中抽真空脱气泡0.5h，真空度为1.0×10Pa。然后按如下工艺进行固化：120℃/1h＋150℃/2h＋180℃/2h+200℃/1h。将固化所得的树脂放入N2保护气氛炉中，N2流量为200mL/min，再按5℃/min升温速率升温至900℃温度后保持6h，随炉冷却至室温取出，即获得泡沫炭材料。所制备的泡沫炭具有如下性能：压缩强度25MPa、密度0.40g/cm3、开孔率为92%。实施例3原料：二氨基二苯醚：双马来酰亚胺：环氧树脂为2:3:6（重量比），煤沥青（添加量为原料总重量的7.5%）。将环氧树脂与煤沥青按比例称取，装入球磨机以1000rpm球磨4h，然后将球磨后的原料倒入聚合反应容器，并称取比例的双马来酰亚胺，100℃之前自由升温，100℃之后以5℃/min的速度升温，且从升温开始通入N2，N2流量为90mL/min。当温度升至120℃时，转速调至600rpm搅拌15min获得混合树脂，而后以5℃/min的温度降温至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高开孔率泡沫炭材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：原料的配备、球磨、预聚、浇注成型、固化及炭化工艺；（1）原料的配备基本原料为双马来酰亚胺、环氧树脂和二元胺的混合物，双马来酰亚胺、环氧树脂和二元胺的重量比为（2~3）:（3~6）:（1~2）；辅助原料为沥青；基本原料和辅助原料之间的比例关系以质量分数计为：基本原料：50－95％；辅助原料：5－50％；（2）球磨将沥青和环氧树脂进行球磨，具体参数如下：球磨时间：1 h－6 h给料粒度：0.1mm－1mm转速：600rpm－1200rpm出料粒度：≤0.075mm；（3）预聚将球磨后的沥青和环氧树脂倒入聚合反应容器，并按比例称取双马来酰亚胺，先自由升温至80‑100℃，之后以5‑10℃/min的速度升温，且从升温开始通入N2或Ar2，气体流量为85~90mL/min；当温度升至120‑180℃时，转速调至450~600rpm搅拌15~20min获得混合树脂，而后以5‑10℃/min的温度降温至80‑100℃，再按比例添加二元胺， 转速调至400~550rpm搅拌15min获得预聚树脂；（4）浇注成型将上述预聚树脂倒入预热的模具中，脱气泡，具体参数如下：温度：80℃–180℃脱气泡时间：0.5 h–5 h真空度：1.0×10...

【技术特征摘要】
1.一种高开孔率泡沫炭材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：原料的配备、球磨、预聚、浇注成型、固化及炭化工艺；（1）原料的配备基本原料为双马来酰亚胺、环氧树脂和二元胺的混合物，双马来酰亚胺、环氧树脂和二元胺的重量比为（2~3）:（3~6）:（1~2）；辅助原料为沥青；基本原料和辅助原料之间的比例关系以质量分数计为：基本原料：50－95％；辅助原料：5－50％；（2）球磨将沥青和环氧树脂进行球磨，具体参数如下：球磨时间：1h－6h给料粒度：0.1mm－1mm转速：600rpm－1200rpm出料粒度：≤0.075mm；（3）预聚将球磨后的沥青和环氧树脂倒入聚合反应容器，并按比例称取双马来酰亚胺，先自由升温至80-100℃，之后以5-10℃/min的速度升温，且从升温开始通入N2或Ar2，气体流量为85~90mL/min；当温度升至120-180℃时，转速调至450~600rpm搅拌15~20min获得混合树脂，而后以5-10℃/min的温度降温至80-100℃，再按比例添加二元胺，转速调至400~550rpm搅拌15min获得预聚树脂；（4）浇注成型将上述预聚树脂倒入预热的模具中，脱气泡，具体参数如下：温度：80℃–180℃脱气泡时间：0.5h–5h真空度：1.0×10-1Pa–1.0×103Pa；（5）固化树脂经浇注成型后进行固化，具体参数如下：固化温度：...

【专利技术属性】
技术研发人员：林起浪，王延茂，刘玉林，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35