CN115072699A - 一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤沥青基泡沫炭制备技术领域，尤其涉及一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法。以煤系精制软沥青为原料，在蒸馏釜内减压蒸馏得到蒸馏沥青，再采用空气氧化或热聚合的方法制备改性煤沥青，充分氧化得到发泡前驱体；然后置于高压反应釜中，升温至预发泡温度，充入惰性气体达到初始压力，恒温一定时间，升温至最终发泡温度，在发泡压力下，恒温一定时间，自然降温降压，得到泡沫炭初生体；自然降温至室温，得到煤沥青基泡沫炭。以价廉易得的煤沥青为原料，无需采用溶剂可有效调控发泡前驱体的组成，低压下发泡制得孔泡均匀、孔泡大小和孔壁厚度可控的泡沫炭，适用于不同用途，满足泡沫炭低成本、连续化生产的需求。
Description
技术领域
本发明涉及煤沥青基泡沫炭制备技术领域，尤其涉及一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法。
背景技术
泡沫炭是一种具有大尺寸孔径的网状功能型炭材料，由孔泡和相互连接的孔泡壁组成，依据其孔壁的微观结构，可以分为石墨化和非石墨化泡沫炭。作为一种新型炭材料除具有炭材料的常规性能外，还具有耐高温、耐腐蚀、密度小、抗氧化、抗热震、易加工等特性和良好的导电、导热、吸波等物理和化学性能，通过与金属或非金属复合，可以获得高性能的结构材料。另外，它的各种性质可以根据具体的应用调整，在一定程度上可以大大缩减生产这种材料的费用。因此，不论是在高附加值的航空航天方面，还是在其它高新技术领域都具有十分诱人的应用前景，近年来，引起了国内外学者的广泛关注。
泡沫炭最早是在1964年由Walter Ford通过热解热固性酚醛泡沫获得的，其开孔率很高，孔壁呈非石墨化状态，具有良好的绝缘、隔热的功能，热导率很低，小于1W/(m·K)，在惰性气氛中可以承受6000华氏度的高温。又称之为网状玻璃体泡沫炭(Reticulatedvitreous carbon foam，RVCF)。在二十世纪九十年代之前，泡沫炭大都采用聚合物为原料，无法进行石墨化，机械性能较差，热导率低，一般用作绝热材料、电极材料和催化剂载体等。
为了制备高力学强度和高导热率的泡沫炭，必须以沥青为前驱体，这是因为只有用沥青制备的泡沫炭才可以形成高度有序的石墨结构，而这是具备高导热性能所必需的。这种泡沫克服了以前以高聚物为原料制备的泡沫炭力学强度差的缺点，而且经过处理以后可以碳化石墨化，可以作为建筑材料，太阳能吸收的保温或者表面收集材料，进一步碳化、石墨化以后可以用为隔热材料、催化剂载体、腐蚀物品的过滤装置等。
现有文献公开的沥青基泡沫炭制备方法，需采用溶剂处理，存在着原料成本高、性能不高、机械强度不高、适用性差等不足，而且无法可满足泡沫炭低成本、连续化生产的需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，本发明以价廉易得的煤沥青为原料，无需采用溶剂可有效调控发泡前驱体的组成，在低压下发泡制得孔泡均匀、孔泡大小和孔壁厚度可控的泡沫炭，机械强度较高，适用于不同用途，可满足泡沫炭低成本、连续化生产的需求。不仅解决了煤沥青高效高附加值利用问题，同时进一步优化产品结构，延伸产业链、降低生产成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，具体包括如下步骤：
1)以煤系精制软沥青为原料，在蒸馏釜内采用减压蒸馏得到蒸馏沥青，再采用空气氧化或热聚合的方法制备改性煤沥青。
减压蒸馏条件为气相温度200～300℃，真空度为0.01～0.09MPa，终温停留时间为0.5～2h。
蒸馏沥青的软化点为80～110℃，甲苯不溶物质量百分比含量为12～20％，喹啉不溶物质量百分比含量为0～4％。
空气氧化条件为空气量150～300l/h，氧化温度280～350℃，氧化时间4～8h。
氧化改性煤沥青的软化点为180～250℃，甲苯不溶物质量百分比含量为50～60％，喹啉不溶物质量百分比含量为10～35％。
热聚合条件为热聚合温度为350～400℃，恒温时间为0.5～8h，升温速率为0.5～5℃/min。
聚合改性煤沥青软化点为180～250℃，甲苯不溶物质量百分比含量为50～60％，喹啉不溶物质量百分比含量为10～35％。
2)将步骤1)得到的改性煤沥青粉碎后，置于氧化炉中，在通入空气的条件下，以一定升温速率升至氧化温度，恒温一定时间，充分氧化得到发泡前驱体；
改性煤沥青粉碎粒度为10～150μm。
氧化条件为空气量80～150l/h，升温速率0.2～2℃/min，氧化温度150～200℃，氧化时间2～10h。
3)将步骤2)得到的发泡前驱体粉末置于模具中，利用压力机施加一定压力将物料压实，然后置于高压反应釜中，以3～10℃/min的速率升至预发泡温度，充入惰性气体达到初始压力，恒温一定时间，再以1～5℃/min的速率升至最终发泡温度，在发泡压力下，恒温一定时间，停止程序，自然降温降压，得到泡沫炭初生体。
发泡用模具为正方体、长方体、圆柱体或异形体。
发泡条件为预发泡温度320～360℃，初始压力2～4MPa，预发泡恒温时间2～4h，发泡温度460～500℃，发泡压力2～4MPa，发泡恒温时间4～8h。
惰性气体为高纯氮气、高纯氩气等。
降温降压为在保压的条件下自然降温，温度降至室温时开始泄压。
4)将步骤3)得到的泡沫炭初生体转移到管式炉中进行炭化处理，在惰性气体保护下，以一定升温速率升至炭化温度，恒温一定时间，自然降温至室温，得到煤沥青基泡沫炭。
所述的惰性气体为高纯氮气、高纯氩气等。
炭化条件为升温速率1～5℃/min，炭化温度1000～1200℃，恒温时间2～4h。
煤沥青基泡沫炭孔径分布均匀，在150～500μm范围内可调，泡孔呈圆形或椭圆形，孔壁薄。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明泡沫炭前驱体的制备过程中无需采用溶剂处理，通过沥青粉末氧化处理可调控其族组成分布，可满足泡沫炭前驱体性能要求。
2)本发明在无需发泡剂，在低压下发泡制得孔泡均匀、孔泡大小和孔壁厚度可控的泡沫炭，机械强度较高，适用于不同用途，可满足泡沫炭低成本、连续化生产的需求。
3)本发明方法制备的前驱体的族组成分布可调，泡沫炭孔泡大小和孔壁厚度可控，产品性能指标灵活可调，适应市场变化，降低企业风险。
4)本发明以价廉易得的煤系精制软沥青为原料，不但能够大幅度降低生产成本；而且煤系精制软沥青其喹啉不溶物含量低于2％，以此为原料制得的炭材料易于石墨化，性能较好。
本发明不仅解决了煤沥青高效高附加值利用问题，同时进一步优化产品结构，延伸产业链、降低生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例1偏光显微结构图；
图2是本发明实施例2偏光显微结构图；
图3是本发明实施例3偏光显微结构图；
图4是本发明实施例4偏光显微结构图；
图5是本发明实施例1扫描电镜图；
图6是本发明实施例2扫描电镜图；
图7是本发明实施例3扫描电镜图；
图8是本发明实施例4扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，具体包括如下步骤：
1)以煤系精制软沥青为原料，在蒸馏釜内采用减压蒸馏得到蒸馏沥青，再采用空气氧化或热聚合的方法制备改性煤沥青。
减压蒸馏条件为气相温度200～300℃，真空度为0.01～0.09MPa，终温停留时间为0.5～2h。蒸馏沥青的软化点为80～110℃，甲苯不溶物质量百分比含量为12～20％，喹啉不溶物质量百分比含量为0～4％。空气氧化条件为空气量150～300l/h，氧化温度280～350℃，氧化时间4～8h。氧化改性煤沥青的软化点为180～250℃，甲苯不溶物质量百分比含量为50～60％，喹啉不溶物质量百分比含量为10～35％。热聚合条件为热聚合温度为350～400℃，恒温时间为0.5～8h，升温速率为0.5～5℃/min。聚合改性煤沥青软化点为180～250℃，甲苯不溶物质量百分比含量为50～60％，喹啉不溶物质量百分比含量为10～35％。
2)将步骤1)得到的改性煤沥青粉碎后，置于氧化炉中，在通入空气的条件下，以一定升温速率升至氧化温度，恒温一定时间，充分氧化得到发泡前驱体。
改性煤沥青粉碎粒度为10～150μm。氧化条件为空气量80～150l/h，升温速率0.2～2℃/min，氧化温度150～200℃，氧化时间2～10h。
3)将步骤2)得到的发泡前驱体粉末置于模具中，利用压力机施加一定压力将物料压实，然后置于高压反应釜中，以3～10℃/min的速率升至预发泡温度，充入惰性气体达到初始压力，恒温一定时间，再以1～5℃/min的速率升至最终发泡温度，在发泡压力下，恒温一定时间，停止程序，自然降温降压，得到泡沫炭初生体。
发泡用模具为正方体、长方体、圆柱体或异形体。发泡条件为预发泡温度320～360℃，初始压力2～4MPa，预发泡恒温时间2～4h，发泡温度460～500℃，发泡压力2～4MPa，发泡恒温时间4～8h。惰性气体为高纯氮气、高纯氩气等。降温降压为在保压的条件下自然降温，温度降至室温时开始泄压。
4)将步骤3)得到的泡沫炭初生体转移到管式炉中进行炭化处理，在惰性气体保护下，以一定升温速率升至炭化温度，恒温一定时间，自然降温至室温，得到煤沥青基泡沫炭。
所述的惰性气体为高纯氮气、高纯氩气等。炭化条件为升温速率1～5℃/min，炭化温度1000～1200℃，恒温时间2～4h。煤沥青基泡沫炭孔径分布均匀，在150～500μm范围内可调，泡孔呈圆形或椭圆形，孔壁薄。
实施例1：
如图1、图5所示，一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，具体包括如下步骤：
1)原料沥青为软化点32℃的煤系精制软沥青，其喹啉不溶物含量为0.05％，将原料沥青装入蒸馏釜，采用减压蒸馏抽出部分不易参与反应的小分子，气相温度250℃，真空度为0.09MPa，终温停留时间为1h，得到蒸馏沥青的软化点在93℃，甲苯不溶物含量在16.2％，喹啉不溶物含量在3.1％。
将蒸馏沥青装入反应釜，通入空气量为250l/h，氧化温度为300℃，氧化时间6h，得到氧化改性煤沥青的软化点在200℃，甲苯不溶物含量在54.2％，喹啉不溶物含量在25.8％。
2)将改性煤沥青先破碎再粉碎，得到10～150μm的粉末均匀地平铺于不锈钢托盘中，将装有样品的不锈钢托盘置于氧化炉中，通入空气，空气量控制在100l/h，以1℃/min升温速率升至180℃，恒温4h，使样品充分氧化调控煤沥青族组成，得到发泡前驱体。
3)将发泡前驱体粉末置于正方体模具中，利用压力机施加一定压力使物料压实，然后置于高压反应釜中，以5℃/min升至预发泡温度320℃，充入高纯氮气使初始压力为2MPa，在预发泡温度下恒温3h，再以2℃/min升至发泡温度460℃，保持发泡压力为2MPa，在发泡温度下恒温6h，停止程序，自然降温降压，得到泡沫炭初生体。
4)将泡沫炭初生体转移至管式炉中，在高纯氮气保护下，以2℃/min升温至1000℃，恒温4h进行炭化处理。得到煤沥青基泡沫炭孔径分布均匀，泡孔在150～300μm范围内，呈圆形和椭圆形，孔壁胶薄。
实施例2：
如图2、图6所示，一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，具体包括如下步骤：
1)原料沥青为软化点44℃的煤系精制软沥青，其喹啉不溶物含量为0.08％，将原料沥青装入蒸馏釜，采用减压蒸馏抽出部分不易参与反应的小分子，气相温度240℃，真空度为0.07MPa，终温停留时间为1.5h，得到蒸馏沥青的软化点在100℃，甲苯不溶物含量在18.7％，喹啉不溶物含量在2.9％。
将蒸馏沥青装入反应釜，热聚合温度在380℃，恒温时间在4h，升温速率为2.5℃/min。得到聚合改性煤沥青的软化点在230℃，甲苯不溶物含量在56.2％，喹啉不溶物含量在26.6％。
2)将改性煤沥青先破碎再粉碎，得到10～150μm的粉末均匀地平铺于不锈钢托盘中，将装有样品的不锈钢托盘置于氧化炉中，通入空气，空气量控制在120l/h，以1.5℃/min升温速率升至160℃，恒温6h，使样品充分氧化调控煤沥青族组成，得到发泡前驱体。
3)将发泡前驱体粉末置于长方体模具中，利用压力机施加一定压力使物料压实，然后置于高压反应釜中，以3℃/min升至预发泡温度340℃，充入高纯氩气使初始压力为4MPa，在预发泡温度下恒温2h，再以3℃/min升至发泡温度480℃，保持发泡压力为4MPa，在发泡温度下恒温4h，停止程序，自然降温降压，得到泡沫炭初生体。
4)将泡沫炭初生体转移至管式炉中，在高纯氩气保护下，以3℃/min升温至1100℃，恒温3h进行炭化处理。得到煤沥青基泡沫炭孔径分布均匀，泡孔在250～400μm范围内，呈圆形和椭圆形，孔壁胶薄。
实施例3：
如图3、图7所示，一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，具体包括如下步骤：
1)原料沥青为软化点26℃的煤系精制软沥青，其喹啉不溶物含量为0.02％，将原料沥青装入蒸馏釜，采用减压蒸馏抽出部分不易参与反应的小分子，气相温度280℃，真空度为0.08MPa，终温停留时间为2h，得到蒸馏沥青的软化点在88℃，甲苯不溶物含量在15.6％，喹啉不溶物含量在2.8％。
将蒸馏沥青装入反应釜，通入空气量为200l/h，氧化温度为320℃，氧化时间5h，得到氧化改性煤沥青的软化点在210℃，甲苯不溶物含量在56.9％，喹啉不溶物含量在28.6％。
2)将改性煤沥青先破碎再粉碎，得到10～150μm的粉末均匀地平铺于不锈钢托盘中，将装有样品的不锈钢托盘置于氧化炉中，通入空气，空气量控制在80l/h，以0.5℃/min升温速率升至200℃，恒温8h，使样品充分氧化调控煤沥青族组成，得到发泡前驱体。
3)将发泡前驱体粉末置于圆柱体模具中，利用压力机施加一定压力使物料压实，然后置于高压反应釜中，以8℃/min升至预发泡温度360℃，充入高纯氮气使初始压力为3MPa，在预发泡温度下恒温4h，再以4℃/min升至发泡温度500℃，保持发泡压力为3MPa，在发泡温度下恒温5h，停止程序，自然降温降压，得到泡沫炭初生体。
4)将泡沫炭初生体转移至管式炉中，在高纯氮气保护下，以4℃/min升温至1200℃，恒温2h进行炭化处理。得到煤沥青基泡沫炭孔径分布均匀，泡孔在200～450μm范围内，呈圆形和椭圆形，孔壁胶薄。
实施例4：
如图4、图8所示，一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，具体包括如下步骤：
1)原料沥青为软化点48℃的煤系精制软沥青，其喹啉不溶物含量为0.12％，将原料沥青装入蒸馏釜，采用减压蒸馏抽出部分不易参与反应的小分子，气相温度220℃，真空度为0.09MPa，终温停留时间为0.5h，得到蒸馏沥青的软化点在104℃，甲苯不溶物含量在19.1％，喹啉不溶物含量在3.6％。
将蒸馏沥青装入反应釜，热聚合温度在360℃，恒温时间在6h，升温速率为3℃/min。得到聚合改性煤沥青的软化点在225℃，甲苯不溶物含量在58.1％，喹啉不溶物含量在30.6％。
2)将改性煤沥青先破碎再粉碎，得到10～150μm的粉末均匀地平铺于不锈钢托盘中，将装有样品的不锈钢托盘置于氧化炉中，通入空气，空气量控制在150l/h，以2℃/min升温速率升至150℃，恒温5h，使样品充分氧化调控煤沥青族组成，得到发泡前驱体。
3)将发泡前驱体粉末置于异形体模具中，利用压力机施加一定压力使物料压实，然后置于高压反应釜中，以6℃/min升至预发泡温度330℃，充入高纯氩气使初始压力为4MPa，在预发泡温度下恒温4h，再以5℃/min升至发泡温度470℃，保持发泡压力为4MPa，在发泡温度下恒温8h，停止程序，自然降温降压，得到泡沫炭初生体。
4)将泡沫炭初生体转移至管式炉中，在高纯氩气保护下，以5℃/min升温至1100℃，恒温3h进行炭化处理。得到煤沥青基泡沫炭孔径分布均匀，泡孔在150～400μm范围内，呈圆形和椭圆形，孔壁胶薄。
本发明以价廉易得的煤系精制软沥青为原料，其喹啉不溶物含量低于2％，以此为原料制得的炭材料易于石墨化，性能较好。本发明泡沫炭前驱体的制备过程中无需采用溶剂处理，通过沥青粉末氧化处理可调控其族组成分布，可满足泡沫炭前驱体性能要求。本发明在无需发泡剂，在低压下发泡制得孔泡均匀、孔泡大小和孔壁厚度可控的泡沫炭，机械强度较高，适用于不同用途，可满足泡沫炭低成本、连续化生产的需求。本发明煤沥青加工程度高、产品附加值高，优化产品结构，延伸产业链、降低生产成本。本发明方法制备的前驱体的族组成分布可调，泡沫炭孔泡大小和孔壁厚度可控，产品性能指标灵活可调，适应市场变化，降低企业风险。本发明不仅解决了煤沥青高效高附加值利用问题，同时进一步优化产品结构，延伸产业链、降低生产成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (10)
1.一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
1)以煤系精制软沥青为原料，在蒸馏釜内采用减压蒸馏得到蒸馏沥青，再采用空气氧化或热聚合的方法制备改性煤沥青；
2)将步骤1)得到的改性煤沥青粉碎后，置于氧化炉中，在通入空气的条件下，以一定升温速率升至氧化温度，恒温一定时间，充分氧化得到发泡前驱体；
3)将步骤2)得到的发泡前驱体粉末置于模具中，利用压力机施加一定压力将物料压实，然后置于高压反应釜中，以3～10℃/min的速率升至预发泡温度，充入惰性气体达到初始压力，恒温一定时间，再以1～5℃/min的速率升至最终发泡温度，在发泡压力下，恒温一定时间，停止程序，自然降温降压，得到泡沫炭初生体；
4)将步骤3)得到的泡沫炭初生体转移到管式炉中进行炭化处理，在惰性气体保护下，以一定升温速率升至炭化温度，恒温一定时间，自然降温至室温，得到煤沥青基泡沫炭。
2.根据权利要求1所述的一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，其特征在于：步骤1)减压蒸馏：气相温度200～300℃，真空度0.01～0.09MPa，终温停留时间0.5～2h；空气氧化：空气量150～300l/h，氧化温度280～350℃，氧化时间4～8h；热聚合：热聚合温度350～400℃，恒温时间0.5～8h，升温速率0.5～5℃/min。
3.根据权利要求1所述的一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，其特征在于：步骤1)煤系精制软沥青软化点为20～50℃，喹啉不溶物质量百分比含量为0～2％；蒸馏沥青软化点为80～110℃，甲苯不溶物质量百分比含量为12～20％，喹啉不溶物质量百分比含量为0～4％。
4.根据权利要求1所述的一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，其特征在于：步骤1)氧化改性煤沥青软化点为180～250℃，甲苯不溶物质量百分比含量为50～60％，喹啉不溶物质量百分比含量为10～35％；聚合改性煤沥青的软化点为180～250℃，甲苯不溶物质量百分比含量为50～60％，喹啉不溶物质量百分比含量为10～35％。
5.根据权利要求1所述的一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，其特征在于：步骤2)改性煤沥青粉碎粒度为10～150μm。
6.根据权利要求1所述的一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，其特征在于：步骤2)氧化：空气量80～150l/h，升温速率0.2～2℃/min，氧化温度150～200℃，氧化时间2～10h。
7.根据权利要求1所述的一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，其特征在于：步骤3)模具为正方体、长方体或圆柱体；惰性气体为高纯氮气或高纯氩气；降温降压为在保压的条件下自然降温，温度降至室温时开始泄压。
8.根据权利要求1所述的一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，其特征在于：步骤3)发泡：预发泡温度320～360℃，初始压力2～4MPa，预发泡恒温时间2～4h，发泡温度460～500℃，发泡压力2～4MPa，发泡恒温时间4～8h。
9.根据权利要求1所述的一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，其特征在于：步骤4)炭化：升温速率1～5℃/min，炭化温度1000～1200℃，恒温时间2～4h。
10.根据权利要求1所述的一种低成本煤沥青基泡沫炭及其前驱体的制备方法，其特征在于：步骤4)煤沥青基泡沫炭孔径150～500μm，泡孔呈圆形或椭圆形，孔壁在1mm以下。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6797251B1 (en) * | 2000-12-13 | 2004-09-28 | West Virginia University | Method of making carbon foam at low pressure |
| CN1541939A (zh) * | 2003-11-07 | 2004-11-03 | 大连理工大学 | 以沥青为原料制备泡沫炭材料的技术方法及其工艺制度 |
| DE60126301D1 (de) * | 2000-09-01 | 2007-03-15 | Univ West Virginia | Verfahren zur herstellung eines kohleschaums |
| CN102391885A (zh) * | 2011-09-22 | 2012-03-28 | 天津大学 | 煤沥青基高软化点纺丝沥青及其制备方法 |
| CN102732280A (zh) * | 2012-07-09 | 2012-10-17 | 遇秉武 | 一种高软化点煤沥青的生产方法 |
| CN104946289A (zh) * | 2014-03-28 | 2015-09-30 | 上海宝钢化工有限公司 | 一种高软化点沥青、其制备方法及应用 |
| CN105567275A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-11 | 山东晨阳新型碳材料股份有限公司 | 一种制备高纯度高软化点沥青的生产方法 |
| CN108584909A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-09-28 | 西安理工大学 | 一种采用改性沥青制备高强度泡沫炭的方法 |
| US20190309226A1 (en) * | 2018-04-06 | 2019-10-10 | West Virginia University | Processes and compositions for carbon foams and materials |
| US11345598B2 (en) * | 2018-10-10 | 2022-05-31 | Cfoam Llc | Method for pore stabilized carbon foam |
-
2022
- 2022-06-29 CN CN202210747454.XA patent/CN115072699B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE60126301D1 (de) * | 2000-09-01 | 2007-03-15 | Univ West Virginia | Verfahren zur herstellung eines kohleschaums |
| US6797251B1 (en) * | 2000-12-13 | 2004-09-28 | West Virginia University | Method of making carbon foam at low pressure |
| CN1541939A (zh) * | 2003-11-07 | 2004-11-03 | 大连理工大学 | 以沥青为原料制备泡沫炭材料的技术方法及其工艺制度 |
| CN102391885A (zh) * | 2011-09-22 | 2012-03-28 | 天津大学 | 煤沥青基高软化点纺丝沥青及其制备方法 |
| CN102732280A (zh) * | 2012-07-09 | 2012-10-17 | 遇秉武 | 一种高软化点煤沥青的生产方法 |
| CN104946289A (zh) * | 2014-03-28 | 2015-09-30 | 上海宝钢化工有限公司 | 一种高软化点沥青、其制备方法及应用 |
| CN105567275A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-11 | 山东晨阳新型碳材料股份有限公司 | 一种制备高纯度高软化点沥青的生产方法 |
| US20190309226A1 (en) * | 2018-04-06 | 2019-10-10 | West Virginia University | Processes and compositions for carbon foams and materials |
| CN108584909A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-09-28 | 西安理工大学 | 一种采用改性沥青制备高强度泡沫炭的方法 |
| US11345598B2 (en) * | 2018-10-10 | 2022-05-31 | Cfoam Llc | Method for pore stabilized carbon foam |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 肖锋等: "发泡压力对中间相沥青基泡沫炭结构及性能的影响", 中国有色金属学报, vol. 20, no. 7, pages 1346 - 1351 * |
| 陈青香;李铁虎;李风娟;庄强;程有亮;: "中间相沥青基泡沫炭的研究进展", 炭素技术, no. 01, pages 28 - 32 * |
Also Published As
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