CN109627003A - 用糠醛糠醇改性树脂制备新型玻璃碳材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用糠醛糠醇改性树脂制备新型玻璃碳材料的方法，涉及碳结构材料技术领域。所述方法包括将原料糠醛糠醇改性树脂与油酸、乳酸混合后倒入模具制成玻璃碳材料预制件，然后将预制件置于高温真空碳化炉中进行高温碳化，即可得到玻璃碳材料。该方法生产成本低，所得玻璃碳材料可循环可降解，且具有耐热性好、耐各种酸碱腐蚀、残碳率高等优点，可广泛应用于医疗、汽车、航空航天、家电等许多行业，市场前景广阔。

Description

用糠醛糠醇改性树脂制备新型玻璃碳材料的方法
技术领域
本发明属于碳结构材料技术领域，具体涉及一种以糠醛糠醇改性树脂为原料制备玻璃碳材料的方法。
背景技术
玻璃碳材料，由于其具有耐高温、耐腐蚀、抗渗透等诸多优异性能，已经被应用于汽车、航空航天、家电等多个领域，国内外市场的需求量连年翻倍增长，而我国是用量增长最快的市场之一。如此巨大的市场需求催生了许多玻璃碳材料的生产企业，但目前的玻璃碳制造工艺多以石化产品如沥青、酚醛树脂为主要原料，生产过程中污染严重，而且具有残碳率低、不能一次成型、不能常温成型等缺点。现有技术中还有用呋喃树脂制作玻璃碳材料的，但呋喃树脂脆性大，材料很难成型，韧性有待改进。
基于上述现状，开展新型高性能玻璃碳材料的研究具有重大的社会经济效益。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了制备新型玻璃碳材料的方法，该方法以糠醛糠醇改性树脂为主要原料，制备得到的玻璃碳材料具有耐热性好、耐各种酸碱腐蚀、残碳率高等优点。
本发明提供了以下技术方案。
用糠醛糠醇改性树脂制备新型玻璃碳材料的方法，其操作步骤包括，
a.物料的混合：将糠醛糠醇改性树脂置于容器中，然后加入油酸，搅拌，再加入乳酸，继续搅拌，最后将混合后的物料倒入涂有脱模剂的模具中；
b.固化、脱模：将步骤a中装有物料的模具置于20-24℃条件下进行固化，待物料完全固化后，脱模，得到玻璃碳材料预制件；
c.碳化：将步骤b制备得到的玻璃碳材料预制件放入真空高温碳化炉中，控制真空度为-0.1Mpa～-0.2Mpa，给碳化炉加热升温，先以每6-8分钟升温1-2℃的速度升温至80-100℃，然后保温10-12分钟，随后以每5-6分钟升温2-3℃的速度升温至120-200℃，然后保温12-13分钟，随后以每6-8分钟升温2-3℃的速度升温至250-300℃，然后保温13-15分钟，随后以每8-9分钟升温3-4℃的速度升温至350-400℃，然后保温10-14分钟，随后以每14-16分钟升温7-8℃的速度升温至500-600℃，然后保温11-13分钟，随后以每10-12分钟升温8-10℃的速度升温至800-1000℃，然后保温15-16分钟，随后以每14-16分钟升温7-8℃的速度升温至1050-1200℃，然后保温18-20分钟，即得到玻璃碳材料。
上述用糠醛糠醇改性树脂制备新型玻璃碳材料的方法中，步骤a中，糠醛糠醇改性树脂、油酸、乳酸的重量比为100:1-2:4-6。
本发明所使用的糠醛糠醇改性树脂是由糠醛糠醇树脂100重量份、腰果壳油6-8重量份、三聚氰胺1-3重量份，在70-90℃条件下混匀后得到的。主要原料糠醛糠醇树脂从植物秸秆中提取获得。
步骤a中加入油酸后搅拌、加入乳酸后继续搅拌均是为了使物料混合均匀，加入油酸后搅拌的时间优选3-4分钟，加入乳酸后继续搅拌的时间优选8-10分钟。
步骤a中所述脱模剂为石蜡或是植物油。植物油可选任意品种。
步骤b所述固化的时间优选24-36小时。
本发明所述方法制备得到的玻璃碳材料，是一种新型的碳结构材料，它不同于传统的沥青玻璃碳及酚醛树脂玻璃碳材料。本发明所提供的玻璃碳材料是由糠醛糠醇改性树脂高温热解碳化制得，不含对人体有害的物质，含碳纯度高，可循环可降解，主要原料从植物秸秆中提取，生产成本低，还具有生物学上的稳定性。该玻璃碳材料能耐各种酸碱，能抵抗所有化学品的腐蚀，具有强度高、高模量、耐热性好、高导热、隔热优异、低密度、高断裂韧性、收缩率低、不翘边、不开裂、冷却快等优点，由该玻璃碳材料制成的零件具有独特性及表面光滑、坚硬、美观、不脱色、不掉渣粉、残碳率为58-60％、碳化后在空气中不失重，还原后残碳率增加等优点。
本发明所提供的玻璃碳材料具有碳素材料共同的特性，耐低温可达零下200℃，耐高温可达零上4000℃，导电性好，是铜的9倍。可以进行镜面抛光，不像一般碳素材料那样一接触就会粘上黑色碳粉。本发明的玻璃碳材料耐氧化性能比其他碳素材料高两倍，不受浓硫酸和浓硝酸的侵蚀，在空气中氧化不失重。此外，还具有较高强度、硬度及弹性模量，是一种新特碳材料，在一个方向上能经受上百万倍的大气压力，其优势比金刚石还强。
本发明所提供的玻璃碳材料可用于医学化学吸附剂、医学化学设备的制备，如齿件、心脏起博器部件。可与各种碳纤维、纤维丝混合制做各种复合材料，可一次性制做完成工件。可广泛应用于汽车、航空航天、家电、医疗产业、教育、军工产品、机械、电子、化工、冶金和核能等领域，有广阔的市场前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述内容做进一步详细的说明。
实施例1
分别称取糠醛糠醇树脂100kg、腰果壳油6kg、三聚氰胺1kg，在70℃条件下混匀，得到糠醛糠醇改性树脂。
取糠醛糠醇改性树脂100kg置于容器中，然后加入油酸1kg，搅拌3分钟，再加入乳酸4kg，继续搅拌8分钟，最后将混合后的物料倒入涂有脱模剂石蜡的模具中。
将装有物料的模具置于20℃条件下进行固化，24小时后，物料完全固化，脱模，得到玻璃碳材料预制件。
将制备得到的玻璃碳材料预制件放入真空高温碳化炉中，控制真空度为-0.1Mpa～-0.2Mpa，给碳化炉加热升温，先以每6-8分钟升温1-2℃的速度升温至80℃，然后保温10分钟，随后以每5-6分钟升温2-3℃的速度升温至120℃，然后保温12分钟，随后以每6-8分钟升温2-3℃的速度升温至250℃，然后保温13分钟，随后以每8-9分钟升温3-4℃的速度升温至350℃，然后保温10分钟，随后以每14-16分钟升温7-8℃的速度升温至500℃，然后保温11分钟，随后以每10-12分钟升温8-10℃的速度升温至800℃，然后保温15分钟，随后以每14-16分钟升温7-8℃的速度升温至1050℃，然后保温18分钟，即得到玻璃碳材料。
停止加热，待真空高温碳化炉降温至35℃，取出玻璃碳材料即可。
用高温炉在真空下升温到800-1000℃保温30分钟，检测残碳率为58％。
实施例2
分别称取糠醛糠醇树脂100kg、腰果壳油8kg、三聚氰胺3kg，在90℃条件下混匀，得到糠醛糠醇改性树脂。
取糠醛糠醇改性树脂100kg置于容器中，然后加入油酸2kg，搅拌4分钟，再加入乳酸10kg，继续搅拌10分钟，最后将混合后的物料倒入涂有脱模剂大豆油的模具中。
将装有物料的模具置于24℃条件下进行固化，36小时后，物料完全固化，脱模，得到玻璃碳材料预制件。
将制备得到的玻璃碳材料预制件放入真空高温碳化炉中，控制真空度为-0.1Mpa～-0.2Mpa，给碳化炉加热升温，先以每6-8分钟升温1-2℃的速度升温至100℃，然后保温12分钟，随后以每5-6分钟升温2-3℃的速度升温至200℃，然后保温13分钟，随后以每6-8分钟升温2-3℃的速度升温至300℃，然后保温15分钟，随后以每8-9分钟升温3-4℃的速度升温至400℃，然后保温14分钟，随后以每14-16分钟升温7-8℃的速度升温至600℃，然后保温13分钟，随后以每10-12分钟升温8-10℃的速度升温至1000℃，然后保温16分钟，随后以每14-16分钟升温7-8℃的速度升温至1200℃，然后保温20分钟，即得到玻璃碳材料。
停止加热，待真空高温碳化炉降温至25℃，取出玻璃碳材料即可。
用高温炉在真空下升温到800-1000℃保温30分钟，检测残碳率为60％。

Claims (5)

1.用糠醛糠醇改性树脂制备新型玻璃碳材料的方法，其特征在于，操作步骤包括，
a.物料的混合：将糠醛糠醇改性树脂置于容器中，然后加入油酸，搅拌，再加入乳酸，继续搅拌，最后将混合后的物料倒入涂有脱模剂的模具中；
b.固化、脱模：将步骤a中装有物料的模具置于20-24℃条件下进行固化，待物料完全固化后，脱模，得到玻璃碳材料预制件；
c.碳化：将步骤b制备得到的玻璃碳材料预制件放入真空高温碳化炉中，控制真空度为-0.1Mpa～-0.2Mpa，给碳化炉加热升温，先以每6-8分钟升温1-2℃的速度升温至80-100℃，然后保温10-12分钟，随后以每5-6分钟升温2-3℃的速度升温至120-200℃，然后保温12-13分钟，随后以每6-8分钟升温2-3℃的速度升温至250-300℃，然后保温13-15分钟，随后以每8-9分钟升温3-4℃的速度升温至350-400℃，然后保温10-14分钟，随后以每14-16分钟升温7-8℃的速度升温至500-600℃，然后保温11-13分钟，随后以每10-12分钟升温8-10℃的速度升温至800-1000℃，然后保温15-16分钟，随后以每14-16分钟升温7-8℃的速度升温至1050-1200℃，然后保温18-20分钟，即得到玻璃碳材料。
2.根据权利要求1所述的用糠醛糠醇改性树脂制备新型玻璃碳材料的方法，其特征在于，步骤a中，糠醛糠醇改性树脂、油酸、乳酸的重量比为100:1-2:4-6。
3.根据权利要求1所述的用糠醛糠醇改性树脂制备新型玻璃碳材料的方法，其特征在于，步骤a中，加入油酸后搅拌的时间为3-4分钟，加入乳酸后继续搅拌的时间为8-10分钟。
4.根据权利要求1所述的用糠醛糠醇改性树脂制备新型玻璃碳材料的方法，其特征在于，步骤a中所述脱模剂为石蜡或植物油。
5.根据权利要求1所述的用糠醛糠醇改性树脂制备新型玻璃碳材料的方法，其特征在于，步骤b所述固化的时间为24-36小时。
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