专利名称：一种用呋喃树脂制备泡沫炭的方法
技术领域：
本发明属于泡沫碳制备技术，涉及一种用呋喃树脂制备泡沫炭的方法。
背景技术：
泡沫炭是一种以碳原子为骨架，碳原子之间相互堆积形成的多孔网络结构的轻质 固态炭材料。泡沫炭以其独特的微观结构，较大的比表面积，较高的孔隙率，优良的吸附性， 较低的热膨胀系数及优良的压缩性能等其他一系列优异的物理性能，在热控材料、电池电 极、超容电容器、催化剂载体、技术分离、航空航天等领域中均有广泛的应用前景。中国专利 CN 101164875A公开了使用中间相浙青制备泡沫炭材料的方法，该泡沫炭可以用做高导热 材料，但是，这种高导热泡沫炭不能用做隔热材料。中国专利CN101173839公开了使用酚醛 树脂制备泡沫炭材料的方法，该泡沫炭可以用做隔热材料，但是，其材料强度低，不能用于 需要较高强度隔热材料的场合；同时，由于强度低，其使用寿命短，使用成本高。
发明内容
本发明的目的是提出一种用呋喃树脂制备泡沫炭的方法，使用该方法制备的泡 沫炭材料强度高、使用寿命长，满足了需要较高强度隔热材料场合的要求。本发明的技术方案是一种用呋喃树脂制备泡沫炭的方法，其特征在于，制备的步 骤如下1、树脂预热；将烘箱加热到60°C 士 10°C，然后将装有呋喃树脂的容器放在烘箱 中，保温至少30min ；2、添加辅助材料；取出容器，依次加入以下辅助材料发泡剂为氯化铵、碳酸氢铵或二甲苯其中之一，发泡剂的质量为呋喃树脂的 3% 15% ；勻泡剂为吐温80或吐温40，勻泡剂的质量为呋喃树脂的2% 10% ；稳泡剂为十二烷基硫酸钠，稳泡剂的质量为呋喃树脂的1 % 3% ；固化剂为磷酸，固化剂的质量为呋喃树脂的4% 10% ；3、搅拌和除气泡；将容器内的混合物机械搅拌至少30分钟，之后放入真空环境中 保持至少30分钟，真空环境的气压小于5KPa ；4、发泡固化；将经过步骤3处理的混合物加入到内壁涂覆脱模剂或者粘贴脱模布 的金属容器中，金属容器的两端开口，并带有可密封的金属盖，将金属容器置于烘箱中，按 照下述加热程序升温在30min 60min内升温到100°C 130°C，保温Ih 2h ；然后在 30min 90min内升温到160°C 190°C，保温Ih 2h ；然后取出，自然冷却到室温，得到呋 喃树脂泡沫；脱模剂为石蜡或黄油，脱模布为单面带胶的聚四氟乙烯布；5、碳化；将呋喃树脂泡沫从金属容器中取出，放入碳化炉中，充入氮气作保护 气体，保持炉压为40KPa 70KPa，按如下升温程序进行炭化处理在Ih 2h内升温到 180°C 200°C ；然后在20h 50h内升温到600°C 700°C，保温5h IOh ；然后在8h 12h内升温到1000°C 1100°C，保温Ih 4h ；然后停止加热，待炉内温度降至100°C以下，卸去炉内真空，得到泡沫炭。本发明的优点是泡沫炭材料强度高、使用寿命长，满足了需要较高强度隔热材料 场合的要求。由于材料强度高，大大延长了使用寿命，从而降低了使用成本。
具体实施例方式下面对本发明做进一步详细说明。一种用呋喃树脂制备泡沫炭的方法，其特征在 于，制备的步骤如下1、树脂预热；将烘箱加热到60°C 士 10°C，然后将装有呋喃树脂的容器放在烘箱 中，保温至少30min ；2、添加辅助材料；取出容器，依次加入以下辅助材料发泡剂为氯化铵、碳酸氢铵或二甲苯其中之一，发泡剂的质量为呋喃树脂的 3% 15% ；勻泡剂为吐温80或吐温40，勻泡剂的质量为呋喃树脂的20Z0 10% ；稳泡剂为十二烷基硫酸钠，稳泡剂的质量为呋喃树脂的1 % 3% ；固化剂为磷酸，固化剂的质量为呋喃树脂的4% 10% ；3、搅拌和除气泡；将容器内的混合物机械搅拌至少30分钟，之后放入真空环境中 保持至少30分钟，真空环境的气压小于5KPa ；4、发泡固化；将经过步骤3处理的混合物加入到内壁涂覆脱模剂或者粘贴脱模布 的金属容器中，金属容器的两端开口，并带有可密封的金属盖，将金属容器置于烘箱中，按 照下述加热程序升温在30min 60min内升温到100°C 130°C，保温Ih 2h ；然后在 30min 90min内升温到160°C 190°C，保温Ih 2h ；然后取出，自然冷却到室温，得到呋 喃树脂泡沫；脱模剂为石蜡或黄油，脱模布为单面带胶的聚四氟乙烯布；5、碳化；将呋喃树脂泡沫从金属容器中取出，放入碳化炉中，充入氮气作保护 气体，保持炉压为40KPa 70KPa，按如下升温程序进行炭化处理在Ih 2h内升温到 180°C 200°C ；然后在20h 50h内升温到600°C 700°C，保温5h IOh ；然后在8h 12h内升温到1000°C 1100°C，保温Ih 4h ；然后停止加热，待炉内温度降至100°C以下， 卸去炉内真空，得到泡沫炭。泡沫炭制备工艺包括发泡成型和碳化两个部分，固化剂的作用是为了将发泡后的 树脂固化成型，以免在碳化过程中树脂发生严重变形和熔化，而改变泡沫体的几何结构。过 少的固化剂不足以使树脂完全固化，过多的固化剂不利于树脂发泡。勻泡剂促使树脂发泡 形状规整、孔体分布均勻。碳化过程是决定泡沫炭结构、性能的重要环节，升温速率和最终 处理温度分别决定泡沫炭的缺陷和杂质含量。升温速率过快，会使得树脂碳化过程中出现 裂纹，影响碳的微观结构组织。最终处理温度会影响碳的晶型转变，从而影响泡沫炭的导热 系数。因此，为了制备出所需的泡沫炭，需选择相应的泡沫炭制备工艺实施例11、树脂预热；将烘箱加热到60°C，然后将装有呋喃树脂的容器放在烘箱中，保温 30min ；2、添加辅助材料；取出容器，依次加入以下辅助材料
发泡剂为氯化铵，发泡剂的质量为呋喃树脂的10% ；勻泡剂为吐温80，勻泡剂的质量为呋喃树脂的4% ；稳泡剂为十二烷基硫酸钠，稳泡剂的质量为呋喃树脂的；
固化剂为磷酸，固化剂的质量为呋喃树脂的4% ；3、搅拌和除气泡；将容器内的混合物机械搅拌30分钟，之后放入真空环境中保持 30分钟，真空环境的气压4KPa ；4、发泡固化；将经过步骤3处理的混合物加入到内壁涂覆脱模剂的金属容器中， 金属容器的两端开口，并带有可密封的金属盖，将金属容器置于烘箱中，按照下述加热程序 升温在45min内升温到120°C，保温Ih ；然后在50min内升温到175°C，保温1. 5h ；然后取 出，自然冷却到室温，得到呋喃树脂泡沫；脱模剂为石蜡。5、碳化；将呋喃树脂泡沫从金属容器中取出，放入碳化炉中，充入氮气作保护气 体，保持炉压为50KPa，按如下升温程序进行炭化处理在Ih内升温到185°C;然后在40h内 升温到600°C，保温7h ；然后在9h内升温到1000°C，保温2h ；然后停止加热，待炉内温度降 至100°C以下，卸去炉内真空，得到泡沫炭。所得泡沫炭表观体积密度为0. 28g. cm_3，孔隙均勻，平均孔径为350 400 μ m。韧 带没有裂纹。压缩强度12MPa，热导率为0.5W/Km。试验证明，实施例1的泡沫炭的压缩强 度比酚醛树脂制备的泡沫炭材料提高了 50%以上。实施例2为考察发泡剂对泡沫炭性能的影响，将发泡剂含量调整为为呋喃树脂的5%，具体 步骤如下1、树脂预热；将烘箱加热到60°C，然后将装有呋喃树脂的容器放在烘箱中，保温 30min ；2、添加辅助材料；取出容器，依次加入以下辅助材料发泡剂为氯化铵发泡剂的质量为呋喃树脂的5% ；勻泡剂为吐温80，勻泡剂的质量为呋喃树脂的3% ；稳泡剂为十二烷基硫酸钠，稳泡剂的质量为呋喃树脂的1 % ；固化剂为磷酸，固化剂的质量为呋喃树脂的3. 5% ；3、搅拌和除气泡；将容器内的混合物机械搅拌30分钟，之后放入真空环境中保持 30分钟，真空环境的气压4KPa ；4、发泡固化；将经过步骤3处理的混合物加入到内壁涂覆脱模剂的金属容器中， 金属容器的两端开口，并带有可密封的金属盖，将金属容器置于烘箱中，按照下述加热程序 升温在45min内升温到120°C，保温Ih ；然后在50min内升温到175°C，保温1. 5h ；然后取 出，自然冷却到室温，得到呋喃树脂泡沫；脱模剂为黄油。5、碳化；将呋喃树脂泡沫从金属容器中取出，放入碳化炉中，充入氮气作保护气 体，保持炉压为50KPa，按如下升温程序进行炭化处理在Ih内升温到185°C;然后在40h内 升温到600°C，保温7h ；然后在9h内升温到1000°C，保温2h ；然后停止加热，待炉内温度降 至100°C以下，卸去炉内真空，得到泡沫炭。所得泡沫炭表观体积密度为0. 4g. cm_3，孔隙均勻，平均孔径为250 300 μ m。韧 带没有裂纹。压缩强度15MPa，热导率为0.8W/Km。
实施例3为使得泡沫成型更均勻，本例提高勻泡剂含量为8%。具体步骤如下1、树脂预热；将烘箱加热到60°C，然后将装有呋喃树脂的容器放在烘箱中，保温 30min ；2、添加辅助材料；取出容器，依次加入以下辅助材料
发泡剂为氯化铵发泡剂的质量为呋喃树脂的13% ；勻泡剂为吐温80，勻泡剂的质量为呋喃树脂的6% ；稳泡剂为十二烷基硫酸钠，稳泡剂的质量为呋喃树脂的1. 5% ；固化剂为磷酸，固化剂的质量为呋喃树脂的3% ；3、搅拌和除气泡；将容器内的混合物机械搅拌30分钟，之后放入真空环境中保持 30分钟，真空环境的气压2KPa ；4、发泡固化；将经过步骤1. 3处理的混合物加入到内壁涂覆脱模剂或者粘贴脱模 布的金属容器中，金属容器的两端开口，并带有可密封的金属盖，将金属容器置于烘箱中， 按照下述加热程序升温在45min内升温到120°C，保温Ih ；然后在50min内升温到175°C， 保温1. 5h ；然后取出，自然冷却到室温，得到呋喃树脂泡沫；脱模剂为石蜡5、碳化；将呋喃树脂泡沫从金属容器中取出，放入碳化炉中，充入氮气作保护气 体，保持炉压为50KPa，按如下升温程序进行炭化处理在Ih内升温到185°C;然后在40h内 升温到600°C，保温7h ；然后在9h内升温到1000°C，保温2h ；然后停止加热，待炉内温度降 至100°C以下，卸去炉内真空，得到泡沫炭。所得泡沫炭表观体积密度为0. 35g. cm_3，孔隙均勻，平均孔径为300 400 μ m。韧 带无裂纹。压缩强度16MPa，热导率为0. 6W/Km。实施例4为考察碳化过程对泡沫炭性能的影响，现将用20h由185°C升到600°C。具体过程 如下1、树脂预热；将烘箱加热到60°C，然后将装有呋喃树脂的容器放在烘箱中，保温 30min ；2、添加辅助材料；取出容器，依次加入以下辅助材料发泡剂为氯化铵发泡剂的质量为呋喃树脂的10% ；勻泡剂为吐温80，勻泡剂的质量为呋喃树脂的7% ；稳泡剂为十二烷基硫酸钠，稳泡剂的质量为呋喃树脂的1 % ；固化剂为磷酸，固化剂的质量为呋喃树脂的2. 8% ；3、搅拌和除气泡；将容器内的混合物机械搅拌30分钟，之后放入真空环境中保持 30分钟，真空环境的气压3KPa ；4、发泡固化；将经过步骤1. 3处理的混合物加入到内壁涂覆脱模剂或者粘贴脱模 布的金属容器中，金属容器的两端开口，并带有可密封的金属盖，将金属容器置于烘箱中， 按照下述加热程序升温在45min内升温到120°C，保温Ih ；然后在50min内升温到175°C， 保温1. 5h ；然后取出，自然冷却到室温，得到呋喃树脂泡沫；脱模剂为石蜡5、碳化；将呋喃树脂泡沫从金属容器中取出，放入碳化炉中，充入氮气作保护气 体，保持炉压为50KPa，按如下升温程序进行炭化处理在Ih内升温到185°C;然后在20h内升温到600°C，保温7h ；然后在9h内升温到1000°C，保温2h ；然后停止加热，待炉内温度降 至100°C以下，卸去炉内真空，得到泡沫炭。 所得泡沫炭表观体积密度为0. 32g. cm_3，孔隙均勻，平均孔径为265 280 u m。韧 带有明显裂纹。压缩强度3MPa，热导率为0.7W/Km。
权利要求
一种用呋喃树脂制备泡沫炭的方法，其特征在于，制备的步骤如下1.1、树脂预热；将烘箱加热到60℃±10℃，然后将装有呋喃树脂的容器放在烘箱中，保温至少30min；1.2、添加辅助材料；取出容器，依次加入以下辅助材料发泡剂为氯化铵、碳酸氢铵或二甲苯其中之一，发泡剂的质量为呋喃树脂的3％～15％；匀泡剂为吐温80或吐温40，匀泡剂的质量为呋喃树脂的2％～10％；稳泡剂为十二烷基硫酸钠，稳泡剂的质量为呋喃树脂的1％～3％；固化剂为磷酸，固化剂的质量为呋喃树脂的4％～10％；1.3、搅拌和除气泡；将容器内的混合物机械搅拌至少30分钟，之后放入真空环境中保持至少30分钟，真空环境的气压小于5KPa；1.4、发泡固化；将经过步骤1.3处理的混合物加入到内壁涂覆脱模剂或者粘贴脱模布的金属容器中，金属容器的两端开口，并带有可密封的金属盖，将金属容器置于烘箱中，按照下述加热程序升温在30min～60min内升温到100℃～130℃，保温1h～2h；然后在30min～90min内升温到160℃～190℃，保温1h～2h；然后取出，自然冷却到室温，得到呋喃树脂泡沫；脱模剂为石蜡或黄油，脱模布为单面带胶的聚四氟乙烯布；1.5、碳化；将呋喃树脂泡沫从金属容器中取出，放入碳化炉中，充入氮气作保护气体，保持炉压为40KPa～70KPa，按如下升温程序进行炭化处理在1h～2h内升温到180℃～200℃；然后在20h～50h内升温到600℃～700℃，保温5h～10h；然后在8h～12h内升温到1000℃～1100℃，保温1h～4h；然后停止加热，待炉内温度降至100℃以下，卸去炉内真空，得到泡沫炭。
全文摘要
本发明属于泡沫碳制备技术，涉及一种用呋喃树脂制备泡沫炭的方法。制备的步骤如下树脂预热；添加辅助材料；搅拌和除气泡；发泡固化；碳化。本发明的泡沫炭材料强度高、使用寿命长，满足了需要较高强度隔热材料场合的要求。由于材料强度高，大大延长了使用寿命，从而降低了使用成本。
文档编号C04B38/02GK101811885SQ20101016196
公开日2010年8月25日 申请日期2010年5月5日 优先权日2010年5月5日
发明者罗京华, 邱海鹏 申请人:中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所