CN103112843A - 一种高导热率特性的泡沫炭制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高导热率特性的泡沫炭制备方法，其主要原料组分为：减压渣油、发泡剂、变性木薯淀粉和蔗糖；将原料混合加热制为前体后，入模放入充满工业氮气的容器内加热分别完成炭化和石墨化得产品。用本发明的方法制备高导热率泡沫炭，原料价廉易得，制备时只需先制作前体、后在氮气保护下分段加热和冷却即可，有效减少了工艺的步骤，降低了产品的制备成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种高导热率特性的泡沫炭制备方法。
背景技术
泡沫炭是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料，性能优异，用途广泛。根据其孔壁的微观结构，可以将它分为石墨化和非石墨化的泡沫炭。泡沫炭除具有炭类材料的常规性能外，还有密度小、强度高、吸声、降噪性好、抗热震、便于加工等机械特性，同时具有良好的导电、传热、吸波、耐腐蚀、选择性吸附等物理和化学性，将它和金属或非金属进行复合，可以得到高性能的结构材料。这些特异的性能，使泡沫炭在石油化工、航天航空、汽车与交通运输、食品、轻工、制药、电子等众多领域具有极大的应用潜力。
实践证明：选择不同的原材料、采用不同的制备方法、调整不同的工艺技术参数和工艺本身的开发，制备的泡沫炭结构和性能也有较大差异。
目前较为广泛应用的原料是沥青。沥青为易石墨化原料，以沥青为原料制取的泡沫炭可以形成高度有序的石墨化结构，因此有良好性能，如导热、导电等性能；但是沥青的杂质含量高，组成的分子量分布范围宽，一般还需要进行热密集、加氢和溶剂萃取等处理，以求得到富集合理的组分，但工艺操作较为困难，需要寻求一种更好的方法。
用本发明的方法制备高导热率泡沫炭，原料价廉易得，制备时只需先制作前体、后在氮气保护下分段加热和冷却即可，有效减少了工艺的步骤，降低了产品的制备成本。
发明内容
本发明是提供一种原料价廉易得、制备工艺相对简单的高导热率特性的泡沫炭的制备方法。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
初始原料组分和质量百分比为：
制备工艺步骤为：
⑴将减压渣油、发泡剂偶氮化合物和磺酰肼类化合物、变性木薯淀粉和白砂糖等所有原料在室温下，一次性整体混合；边加热边以40-60n/min速度搅拌，加热至80-90℃，时间1-2h；均匀化后制成浆状前体；
⑵保持温度55-65℃状态下，将浆状前体放入模具内充实；整个模具放入充满工业氮气的管式加热容器内，加热进行固化预处理，保持加热容器内氮气压强在5-7Kpa；
⑶加热速度控制：从室温用2-4h匀速升至110-120℃，保温2-3h；而后加热至1100-1300℃，升温速度：3-5℃/min；保温3-4h完成炭化；脱模后继续升温进行石墨化处理；加热速度控制在18-25℃/min，温度控制在2500-2800℃，保温1.5-2h；冷却时降温速度15-20℃/min，至室温后得产品。
发泡剂是偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物、表面活性剂，包括十二烷基硫酸钠、松香皂类发泡剂、动植物蛋白类发泡剂、纸浆废液、脂肪醇聚氧化乙烯醚硫酸钠和无机发泡剂类的碳酸盐、硅酸钠、碳化硅。
加热的容器内工业氮气的压力保持在0.2Mpa-0.3Mpa。
所得高导热率泡沫炭产品的密度在0.31-0.64g/cm3，热导率>200W/(m·k）。
具体实施方式
将减压渣油、发泡剂、变性木薯淀粉和白砂糖等所有原料在室温下，一次性整体混合；后加热至80-90℃，在这个过程中伴随机械搅拌，搅拌速度40-60n/min，时间1-2h；均匀化后制成浆状前体；
保持温度55-65℃状态下，将浆状前体放入模具内充实；整个模具放入充满工业氮气的管式加热容器内，加热进行固化预处理，保持加热容器内氮气压强在5-7Kpa；
加热速度控制：从室温用2-4h匀速升至110-120℃，保温2-3h；而后加热至1100-1300℃，升温速度3-5℃/min；保温3-4h完成炭化；脱模后继续升温进行石墨化处理；加热速度控制在18-25℃/min，温度控制在2500-2800℃，保温1.5-2h；后了冷却，降温速度控制在15-20℃/min，至室温后得产品。即可获得石墨化高导热率的泡沫炭。它的密度在0.3-0.64g/cm3，热导率>200W/(m·k）。
实施例1：
将下列质量百分比的原料调和而成前体：
以上组分总和为100%。
实施例2：
将下列质量百分比的原料调和而成前体：
以上组分总和为100%。
实施例3：
将下列质量百分比的原料调和而成前体：
以上组分总和为100%。
实施例1所获产品的主要指标：
| 体积密度g/cm3 | 0.12-0.2 |
| 抗压强度MPa | 1.2-2.8 |
| 气孔率% | 76-85 |
| 抗折强度MPa | 0.8-1.5 |
| 比热:KJ/Kg.℃ | 0.73(100℃)，1.47(1000℃) |
| 热膨胀系数 | 1.25-4.2×10-6.c-1 |
| 导热系数KJ/m.h.℃ | 6.4(100℃)；10.5×10-5(1000℃) |
| 平均孔径/μ.m | 60-80 |
| 比表面积/(cm2/cm3) | 670-978 |
| 体积电阻率/Ω.cm | 纵向0.034-0.06，横向0.053-0.101 |
Claims (4)
1.一种高导热率特性的泡沫炭制备方法，其特征是：
初始原料组分和质量百分比为：
制备工艺步骤为：
⑴将减压渣油、发泡剂偶氮化合物和磺酰肼类化合物、变性木薯淀粉和白砂糖等所有原料在室温下，一次性整体混合；边加热边以40-60n/min速度搅拌，加热至80-90℃，时间1-2h；均匀化后制成浆状前体；
⑵保持温度55-65℃状态下，将浆状前体放入模具内充实；整个模具放入充满工业氮气的管式加热容器内，加热进行固化预处理，保持加热容器内氮气压强在5-7Kpa；
⑶加热速度控制：从室温用2-4h匀速升至110-120℃，保温2-3h；而后加热至1100-1300℃，升温速度：3-5℃/min；保温3-4h完成炭化；脱模后继续升温进行石墨化处理；加热速度控制在18-25℃/min，温度控制在2500-2800℃，保温1.5-2h；冷却时降温速度15-20℃/min，至室温后得产品。
2.如权利要求1所述的高导热率特性的泡沫炭制备方法，其特征是发泡剂是偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物、表面活性剂，包括十二烷基硫酸钠、松香皂类发泡剂、动植物蛋白类发泡剂、纸浆废液、脂肪醇聚氧化乙烯醚硫酸钠和无机发泡剂类的碳酸盐、硅酸钠、碳化硅。
3.如权利要求1所述的高导热率特性的泡沫炭制备方法，其特征是加热的容器内工业氮气的压力保持在0.2Mpa-0.3Mpa。
4.如权利要求1所述的高导热率特性的泡沫炭制备方法，其特征是高导热率泡沫炭产品的密度在0.3-0.7g/cm3，热导率>200W/(m·k）。
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