一種高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法
2023-05-31 19:06:11
專利名稱：：一種高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法
技術領域：
：本發明屬碳泡沫材料的製備方法領域，特別是涉及一種高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法。技術背景瀝青碳泡沫材料是一種熱學穩定、耐高溫、比重輕、比表面積的新材料，它具有優異的絕熱性能和力學性能，將其作為保熱材料應用在航空航天、航海、核電等部件中，可對裝置的小型化、輕型化帶來飛躍的變革。美國Ultmmet's公司開發出一種網狀碳泡沫，具有非常低的導熱係數，可達到0.085W/m.K,但壓縮強度僅為0.763MPa，必須經過金屬沉澱等工藝來提高強度。美國西佛幾尼亞大學開發了一種利用煤作為前驅體材料來製備具有較高強度的碳泡沫，壓縮強度可達到15MPa，導熱係數範圍0.4~17.5W/m.k，但該碳泡沫需要氧化穩定處理，過程複雜難於控制。USP6033506(J.W.Klett，ProcessForMakingCarbonFoam)其主要特徵是將瀝青材料在高壓中膨化而成，其缺陷是強度低，耗能高，工作環境安全性差。USP6398994BU.WKlett，2002.6.4)披露了利用一種技術，其特徵是釆用了石油瀝青和發泡劑共混後在較低的壓力中發泡膨化而成，但其缺陷是兩種相材料混合均勻性差，由此形成的孔洞界面分布及均勻性差，從而使碳泡沫材料的功能的均勻性也較差。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，以彌補現有技術的不足和缺陷，滿足生產和相關領域發展的需要。採用本發明的方法製備的瀝青碳泡沫材料具有高強度，能用於高載高負荷等相關領域，適宜於工業化生產。'本發明的一種高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，包括如下步驟(1)將煤焦油瀝青經過熱解製備出中間相瀝青，粉碎後加入到甲苯溶液中萃取，把萃取後的瀝青取出乾燥；(2)乾燥後的中間相瀝青加入高壓反應釜，抽真空升溫到瀝青的軟化點以上並充入惰性氣體，在350500'C的溫度和680kg/cn^的壓力下保持120-240分鐘，然後釋放壓力發泡，冷卻到室溫，得到瀝青泡沫材料；(3)將瀝青泡沫材料在1300160(TC時保持120-180分鐘，氮氣保護下碳化，得瀝青碳泡沫材料。所述的瀝青是煤焦油瀝青或石油瀝青中的一種或其混合物，其瀝青的軟化點為80~90°C，經熱解後和甲苯萃取後瀝青軟化點是200~300°C，中間相含量為70%~95%。所述熱解製備是400。C500'C熱解46小時，優選400450。C，熱解製備中間相瀝青的反應完全後用氮氣吹掃，除去反應中生成的和難反應的小分子組分。所述甲苯萃取溫度為100~250°C，保溫3060分鐘，甲苯萃取後製得的瀝青泡沫的密度增加到0.8g/cm3。所述步驟(2)中的惰性氣體是氮氣、二氧化碳或氬氣中的一種或幾種。所述步驟(2)中的升溫是在室溫至28(TC，保持升溫速率為4°C/min，保溫60分鐘，在進一步以2°C/min的升溫速率升到350~500°C。所製備的瀝青泡沫材料不經過氧化穩定處理而直接在氮氣保護下進行碳化處理，碳化溫度優選1300~1400°C，升溫速率為3°C/min。本發明的原理是主要是經過甲苯萃取後，中間相瀝青中甲苯不溶物的含量減少，極大的提高了中間相含量，中間相含量的增加，對後期發泡過程中碳泡沫韌帶結構的形成有重要影響。中間相含量的增加，各相同性物質的量減少，使泡孔在形成過程中更加均勻，規整，泡沫裂紋顯著減少，泡沫韌帶結構也隨之更加緊湊，強度提高明顯，因此泡沫的機械強度得到很大提高。本發明的有益效果採用本發明的方法製備瀝青碳泡沫材料，所獲得的產品，機械性能優良，能在高溫高載條件下保持高的機械強度，工作環境安全可靠，適宜於工業化生產。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例1(1)將瀝青(煤焦油基瀝青)經過40(TC熱解4小時製備出中間相瀝青，其中，熱解後中間相瀝青的軟化點是240°C，中間相含量70%;(2)將中間相瀝青粉碎加入到甲苯溶液中，加熱到IOO'C萃取30分鐘，將萃取後的瀝青取出後乾燥，萃取後中間相瀝青的軟化點是27(TC，中間相含量85%;(3)把乾燥後的中間相瀝青加入高壓反應釜，抽真空升溫到瀝青的軟化點以上並充入氮氣，充氮壓力6Kg/cm2，在室溫至28(TC，保持升溫速率為4'C/min，保溫60分鐘；在進一步以2。C/min的升溫速率升到350。C，保溫240分鐘，然後釋放壓力發泡，冷取到室溫，得到瀝青泡沫材料；(4)將瀝青泡沫材料在1300'C下碳化120分鐘，其中升溫速率為3'C/min，得到碳泡沫材料。製得的碳泡沫材料的性能指標見表1。表1製取的碳泡沫材料指標tableseeoriginaldocumentpage5實施例2製備歩驟如同實施例l，但其中的熱解製備是45(TC熱解4小時，熱解後中間相瀝青的軟化點是24(TC，中間相含量70%;甲苯萃取溫度250'C，保溫60分鐘，甲苯萃取後中間相瀝青的軟化點是285'C，中間相含量95%;充氮壓力6Kg/cm2，發泡溫度400'C，發泡時間240分鐘，製得的碳泡沫材料的性能指標見表1。對比例製備步驟如同實施例l，但不經過甲苯萃取，直接發泡，其中，熱解後中間相瀝青的軟化點24(TC，中間相含量70%，製取的碳泡沫材料指標見表l。由此可見，本發明的材料與對比例的材料相比，應用本發明採用甲苯萃取中間相瀝青製備的碳泡沫材料，特別是高溫髙載條件下保持高的機械強度性能比常規方法製備碳泡沫的性能均有明顯提高。權利要求1.一種高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，包括如下步驟(1)將煤焦油瀝青經過熱解製備出中間相瀝青，粉碎後加入到甲苯溶液中萃取，把萃取後的瀝青取出乾燥；(2)乾燥後的中間相瀝青加入高壓反應釜，抽真空升溫到瀝青的軟化點以上並充入惰性氣體，在350～500℃的溫度和6～80kg/cm2的壓力下保持120～240分鐘，然後釋放壓力發泡，冷卻到室溫，得到瀝青泡沫材料；(3)將瀝青泡沫材料在1300～1600℃氮氣保護下碳化，得瀝青碳泡沫材料。2.根據權利要求1所述的高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，其特徵在於所述的瀝青是煤焦油瀝青或石油瀝青其中的一種或其混合物，其瀝青的軟化點為80~90。C。3.根據權利要求1所述的高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，其特徵在於所述的經熱解後和甲苯萃取後瀝青軟化點是200~300°C，中間相含量為70%~95%。4.根據權利要求1所述的高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，其特徵在於所述熱解製備是40(TC50(TC熱解4~6小時。5.根據權利要求4所述的高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，其特徵在於所述熱解製備溫度為400~450°C。6.根據權利要求1所述的高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，其特徵在於所述甲苯萃取溫度為100~250°C，保溫3060分鐘，甲苯萃取後製得的瀝青泡沫的密度增加到0.8g/cm3。7.根據權利要求1所述的高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，其特徵在於所述步驟(2)中的惰性氣體是氮氣、二氧化碳或氬氣中的一種或幾種。8.根據權利要求1所述的高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，其特徵在於所述步驟(2)中的升溫是在室溫至28(TC，保持升溫速率為4°C/min，保溫60分鐘，在進一步以2°C/min的升溫速率升到350~500°C。9.根據權利要求1所述的高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，其特徵在於所述步驟(3)中的碳化是碳化溫度1300~1400°C，升溫速率為3°C/min，保持120-180分鐘。全文摘要本發明涉及一種高強度煤焦油瀝青碳泡沫材料的製備方法，包括(1)將煤焦油瀝青經過熱解製備出中間相瀝青，粉碎後加入到甲苯溶液中萃取，乾燥；(2)乾燥後的中間相瀝青加入高壓反應釜，抽真空升溫到瀝青的軟化點以上並充入惰性氣體，在350～500℃的溫度和6～80kg/cm2的壓力下保持120～240分鐘，釋放壓力發泡，冷卻到室溫，得到瀝青泡沫材料；(3)將瀝青泡沫材料在1300～1600℃氮氣保護下碳化，得瀝青碳泡沫材料。採用本發明的方法製備的瀝青碳泡沫材料具有高強度，能用於高載高負荷等相關領域，適宜於工業化生產。文檔編號C01B31/02GK101214944SQ20071017312公開日2008年7月9日申請日期2007年12月26日優先權日2007年12月26日發明者安晴晴,曹玲玲,勇王,王依民,峰蘇,志許申請人:東華大學