专利名称：一种改善酚醛树脂碳化结构的方法
技术领域：
本发明属于耐火材料技术领域，主要涉及一种改善耐火材料用酚醛树脂碳化结构的方法。
背景技术：
酚醛树脂具有较高的高温粘结强度，且在高温下释放的有毒气体较少，而被广泛应用在耐火材料领域作结合剂。酚醛树脂添加在耐火材料中，在使用温度下碳化形成碳网络结构，可经受2000°C的高温。普通酚醛树脂碳化后形成的碳结构为无定形碳，与石墨碳相比较，无定形碳易氧化，呈脆性，这成为影响其使用效果的一大缺点。目前常采用以下几种方法来缓解酚醛树脂无定形碳化结构的缺点一种是在酚醛树脂做结合剂的耐火材料中加入石墨，石墨导热系数高、耐热冲击，在耐火材料使用过程中，可有效缓解巨大温度波动带来的热冲击应力，然而石墨的加入，会增加耐火材料的含碳量，随着钢铁冶炼像纯净钢方向的发展，耐火材料中碳含量高会产生向钢水中增碳的现象， 影响钢水品质；另一种方法是将浙青或焦油与酚醛树脂混合使用做结合剂，高温使用过程中会碳化形成层叠交错状或镶嵌结构，能较好地缓解热冲击应力，而浙青和焦油在高温下均会释放大量的有毒气体，严重恶化工作环境，许多耐火材料使用厂家对此均有限制。
发明内容
本发明的目的是提出一种改善耐火材料用酚醛树脂碳化结构的方法，所提出的方法可改善耐火材料用酚醛树脂高温碳化结构，使其不易氧化，提高耐热冲击性能，在高温使用过程中不产生有毒气体。为完成上述发明任务采用如下技术方案
近年来，碳纳米管的发现在科学界引起巨大反响，碳纳米管由于其特殊的纳米管状结构而拥有很多优异的性能，在热力学性能中，其耐热冲击的性能十分显著。本发明采用在酚醛树脂中加入催化剂的方法，使酚醛树脂在高温使用过程中碳化产生碳纳米管或碳纳米纤维，从而有效改善酚醛树脂高温碳化结构。本发明中采用的催化剂为金属镍粉或氯化镍，所述的金属镍粉或氯化镍粒度在 0. 5μπι以下；所述的金属镍粉或氯化镍通过与固态酚醛树脂或液态酚醛树脂预混合的方法，加入到耐火材料中，在1000°C 1300°C烧成的过程中，催化剂会裂解酚醛树脂高温挥发气体，使其以碳纳米管或碳纳米纤维的形态沉积下来，使酚醛树脂高温下形成内部分散有大量碳纳米管或碳纳米纤维的碳网结构，大大提高酚醛树脂碳化结构的韧性、耐热冲击性。本发明中所加催化剂为酚醛树脂重量的0. 5% 0. 75%，由于耐火材料中低熔点金属及金属盐加入量不可太大，本发明中采用催化剂与酚醛树脂与混合的方法，可使催化剂使用量较小，催化效果较好，满足耐火材料使用要求；本发明提出的改善酚醛树脂高温碳化结构的方法中，同时加入石墨，采用本发明方法制作耐火材料与原有加入石墨的方法相比，石墨的用量可减少5%，所制作的耐火材料中，碳含量可减少5%，具有与背景技术中方法一相当的耐热冲击性。
图1为0. 75%金属镍粉作催化剂，固体酚醛树脂高温碳化结构显微照片。
图2为0. 5%氯化镍作催化剂，固体酚醛树脂高温碳化结构显微照片。
图3为0. 6%金属镍粉作催化剂，固体酚醛树脂高温碳化结构显微照片。
图4为0. 7%氯化镍作催化剂，液体酚醛树脂高温碳化结构显微照片。
具体实施方式
结合附图对本发明加以具体说明 实施例1本实例在固体酚醛树脂中加入树脂质量百分数为0. 75%的金属镍粉，镍粉粒度为 0. 1 μ m，将固体酚醛树脂与金属镍粉干混15min混勻，用此均勻混合有催化剂的酚醛树脂做结合剂制作耐火材料，在1100°C烧制3小时，如图1所示在酚醛树脂碳化结构中形成交叉的碳纳米管，直径约为lOOnm，长度约为3 μ m。
实施例2本实例在固体酚醛树脂中加入树脂质量百分数为0. 5%的氯化镍，将固体酚醛树脂与金属镍粉干混15min混勻，用此均勻混合有催化剂的酚醛树脂做结合剂制作耐火材料，在 1000°C烧制3小时，如图2所示在酚醛树脂碳化结构中形成大量团簇状的碳纳米纤维，直径约为20nm，长度约为Ιμπι。
实施例3本实例在固体酚醛树脂中加入树脂质量百分数为0. 6%的金属镍粉，镍粉粒度为 0. 5 μ m，将固体酚醛树脂与金属镍粉干混15min混勻，用此均勻混合有催化剂的酚醛树脂做结合剂制作耐火材料，在1300°C烧制3小时，如图3所示在酚醛树脂碳化结构中形成大量碳纳米管，直径约为lOOnm，长度约为3 μ m。
实施例4本实例在液态酚醛树脂中加入树脂质量百分数为0. 7%的氯化镍，再加入适量酒精， 搅拌使氯化镍溶解于酚醛树脂液体中，用此混合有催化剂的酚醛树脂做结合剂制作耐火材料，在1150°C烧制3小时，如图4所示在酚醛树脂碳化结构中形成碳管网络交叉结构，碳管直径约为80nm，长度约为5 μ m。
权利要求
1.一种改善酚醛树脂碳化结构的方法，其特征在于在酚醛树脂中预先加入催化剂混合均勻，使酚醛树脂在高温使用过程中碳化产生碳纳米管或碳纳米纤维，从而提高酚醛树脂碳化结构的韧性；所述在酚醛树脂中加入的催化剂为金属镍粉或氯化镍。
2.根据权利要求1所述的一种改善酚醛树脂碳化结构的方法，其特征在于所述的催化剂的加入量为酚醛树脂重量的0. 5% 0. 75%。
3.根据权利要求1所述的一种改善酚醛树脂碳化结构的方法，其特征在于所述加入的金属镍粉、氯化镍粒度在0. 5 μ m以下。
4.根据权利要求1所述的一种改善酚醛树脂碳化结构的方法，其特征在于所述的酚醛树脂碳化温度范围为1000°C 1300°C。
全文摘要
本发明属于耐火材料技术领域，主要涉及一种改善酚醛树脂碳化结构的方法。通过在酚醛树脂中预加入催化剂，使酚醛树脂在高温使用过程中碳化产生碳纳米管或碳纳米纤维，与普通酚醛树脂相比，其碳化结构的韧性大大提高，耐热冲击性显著增强。
文档编号B82Y40/00GK102530915SQ20111043759
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者于建宾, 刘国齐, 吴小贤, 李红霞, 杨文刚, 马天飞 申请人:中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司