CN101434388A - 一种小孔径泡沫炭的制备方法 - Google Patents

一种小孔径泡沫炭的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超临界技术制备泡沫炭的方法。属于泡沫炭的制备技术。该方法包括以下过程：将高软化点沥青与发泡剂在超临界条件下通过快速卸压进行发泡，然后将发泡沥青置于氧化炉中进行氧化稳定化处理，再在惰性气体保护下进行炭化、石墨化热处理，即制得泡沫炭产品。本发明的优点在于：采用超临界流体技术，所制泡沫炭的孔径较其它方法大为减小，一般在10～200μm范围内，且孔径分布窄；孔壁光滑、微裂纹少；该孔结构的泡沫炭除能用作导热、隔热、电磁屏蔽、电极材料外，还可用于生物污水处理、催化、节能建筑等领域。

Description

一种小孔径泡沫炭的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种小泡沫炭的制备方法，尤其涉及一种平均孔径为10～200μm、孔壁光滑的泡沫炭的制备方法。
背景技术：
泡沫炭作为一种三维有序的蜂窝状碳质功能材料，因具有强度高、导热系数高、电导率高、密度低及热膨胀系数低等优异特性而成为传热、传质、导电、吸波材料领域的研究热点，尤其是作为导热材料在航天航空、电子领域中的应用逐渐得到广泛关注。同时，泡沫炭作为电磁屏蔽材料、污水处理生物固菌载体材料、节能建筑材料等也日益引起产业界和材料科学界的高度重视。
泡沫炭，是由芳香性富碳前驱体(树脂、煤沥青、石油沥青等)经发泡、热处理(氧化稳定化、炭化、石墨化)而制得，其中，发泡工艺是泡沫炭孔结构(孔形、孔径、开/闭孔、壁厚等)控制的关键，而原料的化学性质及后续炭化、石墨化工艺又是影响泡沫炭导热系数、电导率及机械性能等的决定性因素。目前，高压渗氮和自发泡法是制备泡沫炭的两种主要发泡方法，在500～800℃/～7MPa发泡条件下，可将泡沫炭的平均孔径有效控制在200～500μm，若要减小孔径，则需要更高的发泡压力，对设备和操作都将提出更高的要求；另外，因氮气为非极性分子与高软化点沥青的相容性低，造成高压渗氮发泡所制泡沫炭的孔结构不均匀，而利用富碳原料的裂解气进行自发泡所制泡沫炭的开孔率又较低，不利于流体相传热，且平均孔径一般也在200～500μm。油/水乳液聚合法在孔径为2～50μm泡沫炭的孔结构控制上较具优势，但不易采用可石墨化性高的中间相沥青等沥青类碳质前躯体作原料而制得高导热、高电导率、高强度的高性能泡沫炭。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的提供一种小孔径(10～200μm)泡沫炭的制备方法。该方法技术简便，所制泡沫炭的孔径小、孔径分布窄、孔壁光滑。
本发明是通过下述方案实现的。
一种小孔径泡沫炭的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)采用高压(大于100MPa)定容容器，先将5～1000μm粒径的高软化点沥青颗粒置于容器中，然后按体积比沥青颗粒：发泡剂＝1:5～1:200的比例加入发泡剂，再以1～20℃/min的速度升温至Tc～Tc+100℃(Tc指发泡剂的临界温度)，恒温0.5～4h后，以5～100MPa/sec的卸压速度快速卸压至常压(一个大气压)，得到发泡沥青；
(2)将步骤(1)得到的发泡沥青置于氧化炉中，在含氧气氛(O2质量浓度为5～30％)中以0.02～5℃/min的升温速率升温至150～300℃并恒温0.5～3h，进行氧化稳定化处理；
(3)将步骤(2)得到的氧化泡沫置于炭化炉中，在惰性气氛下以0.2～20℃/min的升温速率升温至500～1200℃并恒温0.5～3h，进行炭化处理，得到小孔径泡沫炭；
其中，高软化点沥青为软化点在180～300℃的煤系高软化点沥青、石油系高软化点沥青或煤系、石油系、奈系中间相沥青。
发泡剂为临界温度Tc介于200～350℃的各种有机溶剂，优选苯、甲苯。
上述进一步优化的技术方案为：
将步骤(3)得到的小孔径泡沫炭置于石墨化炉中，在惰性气氛下以5～100℃/min的升温速率升温至1500～3000℃，恒温0.5～2h，进行石墨化热处理。
上述泡沫炭的制备方法，其工艺过程包括：先超临界发泡制得发泡沥青，再进行氧化不熔化、炭化或炭化石墨化热处理；
有益效果
本发明的优点在于：在发泡剂的超临界条件下，发泡剂与高软化点沥青形成均相体系，而通过快速卸压使得超临界流体在高软化点沥青中处于过饱和状态而进行成核、发泡，所以所制泡沫炭的平均孔径较小(一般为10～200μm)、孔径分布窄、泡孔密度高，且孔壁光滑、微裂纹少。该类泡沫炭除用作导热、隔热、电磁屏蔽、电极材料外，还有望在生物固菌载体材料、节能建筑材料等领域有广泛的应用。
附图说明
附图1本发明按实施例1所制泡沫炭的表面形貌。
附图2本发明按实施例2所制泡沫炭的表面形貌。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步阐述。
【对比例】
称取50μm的中间相沥青(软化点为275℃)20g和甲苯220ml置于250ml的高压反应釜中，密封后以3℃/min的升温速率升温至320℃并恒温2h，此时压力达14MPa。以1MPa/min的卸压速度降至常压，制得平均孔径为5mm、机械强度极地的蜂窝状发泡中间相沥青。
【实施例一】
称取50μm的中间相沥青(软化点为275℃)20g和甲苯240ml置于250ml的高压反应釜中，密封后以3℃/min的升温速率升温至320℃并恒温2h，此时压力达9MPa。以10MPa/sec的卸压速度降至常压，即得发泡中间相沥青。将发泡中间相沥青置于氧化稳定化反应炉中，在空气气氛下以0.05℃/min的升温速率升温至280℃并恒温3h，然后直接切换为N2气氛，并以5℃/min的升温速率升温至850℃并恒温2h进行炭化热处理，自然冷却降温后取样，即得压缩强度为3.8MPa、平均孔径为20μm的中间相沥青基泡沫炭。将中间相沥青基泡沫炭置于石墨化炉中，在惰性气氛下以20℃/min的升温速率升温至2800℃，恒温0.5h，进行石墨化热处理，即得到导热系数为80.5W/(m·k)石墨化泡沫炭。
【实施例二】
称取50μm的中间相沥青(软化点为275℃)20g和甲苯180ml置于250ml的高压反应釜中，密封后以3℃/min的升温速率升温至320℃并恒温2h，此时压力达14MPa。以10MPa/sec的卸压速度降至常压，即得平均孔径为100μm的发泡中间相沥青。将发泡中间相沥青置于氧化稳定化反应炉中，在空气气氛下以0.05℃/min的升温速率升温至280℃并恒温3h，然后直接切换为N2气氛，并以5℃/min的升温速率升温至850℃并恒温2h进行炭化热处理，自然冷却降温后取样，即得压缩强度为3.2MPa、平均孔径为100μm的中间相沥青基泡沫炭。
【实施例三】
称取50μm的煤系高软化点沥青(软化点为285℃)20g和甲苯180ml置于250ml的高压反应釜中，密封后以3℃/min的升温速率升温至320℃并恒温2h，此时压力达14MPa。以10MPa/sec的卸压速度降至常压，即得平均孔径为200μm的发泡中间相沥青。将发泡中间相沥青置于氧化稳定化反应炉中，在空气气氛下以0.05℃/min的升温速率升温至280℃并恒温3h，然后直接切换为N2气氛，并以5℃/min的升温速率升温至850℃并恒温2h进行炭化热处理，自然冷却降温后取样，即得压缩强度为3.2MPa、平均孔径为200μm的中间相沥青基泡沫炭。将沥青基泡沫炭置于石墨化炉中，在惰性气氛下以20℃/min的升温速率升温至2800℃，恒温0.5h，进行石墨化热处理，即得到导热系数为30.5W/(m·k)石墨化泡沫炭。

Claims (3)

1、一种小孔径泡沫炭的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)采用高压定容容器，先将5～1000μm粒径的高软化点沥青颗粒置于容器中，然后按体积比沥青颗粒：发泡剂＝1:5～1:200的比例加入发泡剂，再以1～20℃/min的速度升温至Tc～Tc+100℃，恒温0.5～4h后，以5～100MPa/秒的卸压速度快速卸压至一个大气压，得到发泡沥青；
(2)将步骤(1)得到的发泡沥青置于氧化炉中，在O2体积浓度为5～30％的含氧气氛中，以0.02～5℃/min的升温速率升温至150～300℃并恒温0.5～3h，进行氧化稳定化处理；
(3)将步骤(2)得到的氧化泡沫置于炭化炉中，在惰性气氛下以0.2～20℃/min的升温速率升温至500～1200℃并恒温0.5～3h，进行炭化处理，得到小孔径泡沫炭；
其中，Tc指发泡剂的临界温度，
高软化点沥青为软化点在180～300℃的煤系高软化点沥青或石油系高软化点沥青或煤系、石油系、奈系中间相沥青中的一种，
发泡剂为临界温度Tc介于200～350℃的各种有机溶剂。
2、如权利要求1所述的一种小孔径泡沫炭的制备方法，其特征在于，所述的方法为：将步骤(3)得到的小孔径泡沫炭置于石墨化炉中，在惰性气氛下以5～100℃/min的升温速率升温至1500～3000℃，恒温0.5～2h，进行石墨化热处理。
3、如权利要求1或2所述的一种小孔径泡沫炭的制备方法，其特征在于，所述的发泡剂为苯或甲苯。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102134068A (zh) * 2011-04-24 2011-07-27 大连理工大学 一种高开孔率石墨化泡沫炭的制备方法
CN102502575A (zh) * 2011-10-24 2012-06-20 上海理工大学 一种用发泡剂制备炭泡沫的方法
CN102803138A (zh) * 2009-06-12 2012-11-28 格拉弗技术国际控股有限公司 高度定向的石墨产品
CN104445136A (zh) * 2013-09-23 2015-03-25 上海宝钢化工有限公司 一种节能建筑保温材料用泡沫炭及其制备方法
CN105984863A (zh) * 2015-02-26 2016-10-05 上海宝钢化工有限公司 一种泡沫炭的制备方法及应用
CN108752039A (zh) * 2018-06-21 2018-11-06 西安理工大学 一种制备泡沫炭电磁屏蔽复合材料的方法
CN114956042A (zh) * 2022-06-17 2022-08-30 武汉科技大学 一种高导热泡沫炭前驱体、泡沫炭及其制备方法
CN115448747A (zh) * 2022-08-30 2022-12-09 易高环保能源科技(张家港)有限公司 一种石墨纤维复合泡沫炭及其制备方法
CN115959647A (zh) * 2022-12-05 2023-04-14 泰安市法拉第能源科技有限公司 一种硬碳材料及其制备方法和应用

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102803138A (zh) * 2009-06-12 2012-11-28 格拉弗技术国际控股有限公司 高度定向的石墨产品
CN102134068A (zh) * 2011-04-24 2011-07-27 大连理工大学 一种高开孔率石墨化泡沫炭的制备方法
CN102502575A (zh) * 2011-10-24 2012-06-20 上海理工大学 一种用发泡剂制备炭泡沫的方法
CN102502575B (zh) * 2011-10-24 2013-10-30 上海理工大学 一种用发泡剂制备炭泡沫的方法
CN104445136A (zh) * 2013-09-23 2015-03-25 上海宝钢化工有限公司 一种节能建筑保温材料用泡沫炭及其制备方法
CN104445136B (zh) * 2013-09-23 2016-06-15 上海宝钢化工有限公司 一种节能建筑保温材料用泡沫炭及其制备方法
CN105984863A (zh) * 2015-02-26 2016-10-05 上海宝钢化工有限公司 一种泡沫炭的制备方法及应用
CN108752039A (zh) * 2018-06-21 2018-11-06 西安理工大学 一种制备泡沫炭电磁屏蔽复合材料的方法
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CN114956042B (zh) * 2022-06-17 2024-05-10 武汉科技大学 一种高导热泡沫炭前驱体、泡沫炭及其制备方法
CN115448747A (zh) * 2022-08-30 2022-12-09 易高环保能源科技(张家港)有限公司 一种石墨纤维复合泡沫炭及其制备方法
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