本發(fā)明涉及一種酚醛樹脂基泡沫炭的制備方法，屬于多孔性炭材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：泡沫炭是一種特殊的新型多孔性輕質(zhì)炭材料，孔徑微小且相互貫穿、比表面積大、密度變化范圍大，具有孔泡和相互聯(lián)結(jié)的孔泡壁組成的三位網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和動力學(xué)等方面具有獨特性質(zhì)。泡沫炭首先由聚合物熱解炭化制得后，迅速得到了開發(fā)應(yīng)用，在高科技軍工、航天和航空領(lǐng)域、高溫、吸波材料和高性能燃料電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，除此之外，泡沫炭在儲能材料、隱身材料、核防護材料、催化劑載體、高能電極等方面都有著極大的開發(fā)和利用潛力。中國專利cn201110102881.4公開了一種高開孔率石墨化泡沫炭的制備方法，該方法是以瀝青類物質(zhì)中有機溶劑可溶組分作為泡沫炭的碳源，但其反應(yīng)中的機溶劑選自四氫呋喃、吡啶、喹啉等具有刺激作用的原料，所使用的模板泡沫選為非降解或難降解聚氨酯泡沫或酚醛樹脂泡沫；中國專利cn201110210518.4公開了一種高強度樹脂基泡沫炭材料的制備方法，其以石油基材料作為熱固性樹脂的預(yù)聚，泡沫炭難降解，泡沫炭孔隙率低，且炭化固化步驟繁瑣、制備成本高。由此可得出，以酚醛樹脂制備的泡沫炭在高壓卸氣或高溫炭化過程中容易破裂，導(dǎo)致泡沫炭的整體結(jié)構(gòu)難以控制，尤其是制備大顆粒泡沫炭，且制備過程中用到部分氟氯烴化合物發(fā)泡劑，對環(huán)境及設(shè)備具有較大危害。因此，利用酚醛樹脂制備出孔隙率高，整體結(jié)構(gòu)易控制，且對環(huán)境及設(shè)備無較大危害的泡沫炭成為現(xiàn)有關(guān)技術(shù)人研究的重點。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對目前酚醛樹脂制備的泡沫炭孔隙率低，高壓卸氣或高溫炭化過程中容易破裂，導(dǎo)致泡沫炭的整體結(jié)構(gòu)難以控制，尤其是制備大顆粒泡沫炭，且制備過程中用到部分氟氯烴化合物發(fā)泡劑，對環(huán)境及設(shè)備具有較大危害的問題，提供了一種酚醛樹脂基泡沫炭的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是：（1）取絲瓜絡(luò)與雙氧水混合均勻，進(jìn)行超聲震蕩，使用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph至8.0～8.5，再加入乙酸錳，攪拌，靜置，過濾，收集濾渣，使用水洗滌濾渣至洗滌后的液體呈中性，收集洗滌后的濾渣，干燥，收集干燥物；（2）將干燥物放入炭化爐中，使用氮氣保護，在160～180℃下預(yù)炭化，收集預(yù)炭化物；（3）取酚醛樹脂與聚苯胺進(jìn)行球磨，收集球磨物，將球磨物、正戊烷、n,n-二甲基甲酰胺及丙酮攪拌混合，收集攪拌混合物，將上述預(yù)炭化物與攪拌混合物放入容器中混合，并將容器置于反應(yīng)器中，在210～230℃，0.3～0.5mpa下固化，隨后1～3min降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，對容器中的物質(zhì)進(jìn)行離心分離，收集下層沉淀，得泡沫炭前驅(qū)體；（4）將泡沫炭前驅(qū)體置于炭化爐中，使用氮氣保護，以3℃/min升溫至360～420℃，保溫1～2h，再以4℃/min升溫至1050～1100℃，炭化2～4h，冷卻至室溫，收集炭化物，即可得酚醛樹脂基泡沫炭。所述步驟（1）中絲瓜絡(luò)與雙氧水質(zhì)量比為1:3，乙酸錳加入量為絲瓜絡(luò)質(zhì)量的1.2～1.3％。所述步驟（1）中酚醛樹脂為熱塑性酚醛樹脂或高鄰位酚醛樹脂。所述步驟（3）中酚醛樹脂與聚苯胺質(zhì)量比為5～7:1。所述步驟（3）球磨物、正戊烷、n,n-二甲基甲酰胺及丙酮的質(zhì)量比為4～6:0.4～0.8:3～5:7～9。本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：本發(fā)明以絲瓜絡(luò)作為孔控制模板原料，利用乙酸錳對絲瓜絡(luò)進(jìn)行改性，同時使絲瓜絡(luò)表面負(fù)載錳離子，利用預(yù)炭化去除絲瓜絡(luò)內(nèi)部部分有機質(zhì)雜質(zhì)，隨后使用聚苯胺對酚醛樹脂進(jìn)行改性，利用聚苯胺活躍的電化學(xué)活性，提高酚醛樹脂的活性，同時使用聚苯胺對酚醛樹脂進(jìn)行保護，防止在高壓卸氣或高溫炭化過程中容易破裂，再與預(yù)炭化物混合，固化，固定孔隙結(jié)構(gòu)，增加孔隙率，最后進(jìn)行炭化，在炭化過程中預(yù)炭化物進(jìn)行熱解，產(chǎn)生的熱解氣催化發(fā)泡，避免了使用有毒發(fā)泡劑，同時錳離子作為調(diào)節(jié)劑，對整體孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，促進(jìn)泡沫炭的生成。具體實施方式酚醛樹脂選用熱塑性酚醛樹脂或高鄰位酚醛樹脂。本發(fā)明酚醛樹脂基泡沫炭的制備方法，包括如下步驟：（1）按質(zhì)量比1:3，取絲瓜絡(luò)與雙氧水混合均勻，并置于超聲波震蕩器中，以1.2～1.5mhz超聲震蕩15～20min，使用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph至8.0～8.5，再加入絲瓜絡(luò)質(zhì)量1.2～1.3％的乙酸錳，以180r/min攪拌5～10min，靜置40～50min，過濾，收集濾渣，使用水洗滌濾渣至洗滌后的液體呈中性，收集洗滌后的濾渣，放入90℃干燥箱中干燥，收集干燥物；（2）將干燥物放入炭化爐中，使用氮氣保護，在160～180℃下預(yù)炭化2～4h，收集預(yù)炭化物；（3）按質(zhì)量比為5～7:1，取酚醛樹脂與聚苯胺放入球磨機中，再加入酚醛樹脂4～6倍直徑為30mm鋼球，以400r/min球磨1～2h，收集球磨物，按質(zhì)量比為4～6:0.4～0.8:3～5:7～9，將球磨物、正戊烷、n,n-二甲基甲酰胺及丙酮攪拌混合，收集攪拌混合物，將預(yù)炭化物與攪拌混合物放入容器中混合，并將容器置于反應(yīng)器中，在210～230℃，0.3～0.5mpa下固化，隨后1～3min降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，對容器中的物質(zhì)進(jìn)行離心分離，收集下層沉淀，得泡沫炭前驅(qū)體；（4）將泡沫炭前驅(qū)體置于炭化爐中，使用氮氣保護，以3℃/min升溫至360～420℃，保溫1～2h，再以4℃/min升溫至1050～1100℃，炭化2～4h，冷卻至室溫，收集炭化物，即可得酚醛樹脂基泡沫炭。實例1酚醛樹脂選用熱塑性酚醛樹脂。本發(fā)明酚醛樹脂基泡沫炭的制備方法，包括如下步驟：（1）按質(zhì)量比1:3，取絲瓜絡(luò)與雙氧水混合均勻，并置于超聲波震蕩器中，以1.5mhz超聲震蕩20min，使用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph至8.5，再加入絲瓜絡(luò)質(zhì)量1.3％的乙酸錳，以180r/min攪拌10min，靜置50min，過濾，收集濾渣，使用水洗滌濾渣至洗滌后的液體呈中性，收集洗滌后的濾渣，放入90℃干燥箱中干燥，收集干燥物；（2）將干燥物放入炭化爐中，使用氮氣保護，在180℃下預(yù)炭化4h，收集預(yù)炭化物；（3）按質(zhì)量比為7:1，取酚醛樹脂與聚苯胺放入球磨機中，再加入酚醛樹脂6倍直徑為30mm鋼球，以400r/min球磨2h，收集球磨物，按質(zhì)量比為6:0.8:5:9，將球磨物、正戊烷、n,n-二甲基甲酰胺及丙酮攪拌混合，收集攪拌混合物，將預(yù)炭化物與攪拌混合物放入容器中混合，并將容器置于反應(yīng)器中，在230℃，0.5mpa下固化，隨后3min降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，對容器中的物質(zhì)進(jìn)行離心分離，收集下層沉淀，得泡沫炭前驅(qū)體；（4）將泡沫炭前驅(qū)體置于炭化爐中，使用氮氣保護，以3℃/min升溫至420℃，保溫2h，再以4℃/min升溫至1100℃，炭化4h，冷卻至室溫，收集炭化物，即可得酚醛樹脂基泡沫炭。實例2酚醛樹脂選用熱塑性酚醛樹脂。本發(fā)明酚醛樹脂基泡沫炭的制備方法，包括如下步驟：（1）按質(zhì)量比1:3，取絲瓜絡(luò)與雙氧水混合均勻，并置于超聲波震蕩器中，以1.2mhz超聲震蕩15min，使用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph至8.0，再加入絲瓜絡(luò)質(zhì)量1.2％的乙酸錳，以180r/min攪拌5min，靜置40min，過濾，收集濾渣，使用水洗滌濾渣至洗滌后的液體呈中性，收集洗滌后的濾渣，放入90℃干燥箱中干燥，收集干燥物；（2）將干燥物放入炭化爐中，使用氮氣保護，在160℃下預(yù)炭化2h，收集預(yù)炭化物；（3）按質(zhì)量比為5:1，取酚醛樹脂與聚苯胺放入球磨機中，再加入酚醛樹脂4倍直徑為30mm鋼球，以400r/min球磨1h，收集球磨物，按質(zhì)量比為4:0.4:3:7，將球磨物、正戊烷、n,n-二甲基甲酰胺及丙酮攪拌混合，收集攪拌混合物，將預(yù)炭化物與攪拌混合物放入容器中混合，并將容器置于反應(yīng)器中，在210℃，0.3mpa下固化，隨后1min降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，對容器中的物質(zhì)進(jìn)行離心分離，收集下層沉淀，得泡沫炭前驅(qū)體；（4）將泡沫炭前驅(qū)體置于炭化爐中，使用氮氣保護，以3℃/min升溫至360℃，保溫1h，再以4℃/min升溫至1050℃，炭化2h，冷卻至室溫，收集炭化物，即可得酚醛樹脂基泡沫炭。實例3酚醛樹脂選用高鄰位酚醛樹脂。本發(fā)明酚醛樹脂基泡沫炭的制備方法，包括如下步驟：（1）按質(zhì)量比1:3，取絲瓜絡(luò)與雙氧水混合均勻，并置于超聲波震蕩器中，以1.3mhz超聲震蕩17min，使用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph至8.2，再加入絲瓜絡(luò)質(zhì)量1.2％的乙酸錳，以180r/min攪拌7min，靜置45min，過濾，收集濾渣，使用水洗滌濾渣至洗滌后的液體呈中性，收集洗滌后的濾渣，放入90℃干燥箱中干燥，收集干燥物；（2）將干燥物放入炭化爐中，使用氮氣保護，在170℃下預(yù)炭化3h，收集預(yù)炭化物；（3）按質(zhì)量比為6:1，取酚醛樹脂與聚苯胺放入球磨機中，再加入酚醛樹脂5倍直徑為30mm鋼球，以400r/min球磨1h，收集球磨物，按質(zhì)量比為5:0.7:4:8，將球磨物、正戊烷、n,n-二甲基甲酰胺及丙酮攪拌混合，收集攪拌混合物，將預(yù)炭化物與攪拌混合物放入容器中混合，并將容器置于反應(yīng)器中，在220℃，0.4mpa下固化，隨后2min降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，對容器中的物質(zhì)進(jìn)行離心分離，收集下層沉淀，得泡沫炭前驅(qū)體；（4）將泡沫炭前驅(qū)體置于炭化爐中，使用氮氣保護，以3℃/min升溫至380℃，保溫1h，再以4℃/min升溫至1070℃，炭化3h，冷卻至室溫，收集炭化物，即可得酚醛樹脂基泡沫炭。實例4酚醛樹脂選用高鄰位酚醛樹脂。本發(fā)明酚醛樹脂基泡沫炭的制備方法，包括如下步驟：（1）按質(zhì)量比1:3，取絲瓜絡(luò)與雙氧水混合均勻，并置于超聲波震蕩器中，以1.2～1.5mhz超聲震蕩15～20min，使用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph至8.0～8.5，再加入絲瓜絡(luò)質(zhì)量1.2～1.3％的乙酸錳，以180r/min攪拌5～10min，靜置40～50min，過濾，收集濾渣，使用水洗滌濾渣至洗滌后的液體呈中性，收集洗滌后的濾渣，放入90℃干燥箱中干燥，收集干燥物；（2）將干燥物放入炭化爐中，使用氮氣保護，在160～180℃下預(yù)炭化2～4h，收集預(yù)炭化物；（3）按質(zhì)量比為5～7:1，取酚醛樹脂與聚苯胺放入球磨機中，再加入酚醛樹脂4～6倍直徑為30mm鋼球，以400r/min球磨1～2h，收集球磨物，按質(zhì)量比為4～6:0.4～0.8:3～5:7～9，將球磨物、正戊烷、n,n-二甲基甲酰胺及丙酮攪拌混合，收集攪拌混合物，將預(yù)炭化物與攪拌混合物放入容器中混合，并將容器置于反應(yīng)器中，在210～230℃，0.3～0.5mpa下固化，隨后1～3min降壓至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，對容器中的物質(zhì)進(jìn)行離心分離，收集下層沉淀，得泡沫炭前驅(qū)體；（4）將泡沫炭前驅(qū)體置于炭化爐中，使用氮氣保護，以3℃/min升溫至360～420℃，保溫1～2h，再以4℃/min升溫至1050～1100℃，炭化2～4h，冷卻至室溫，收集炭化物，即可得酚醛樹脂基泡沫炭。對照例：廣德某材料有限公司生產(chǎn)的酚醛樹脂基泡沫炭。將實例及對照例的泡沫炭進(jìn)行檢測，具體檢測如下：1.孔隙率測定：首先將泡沫炭切割并打磨成方體，然后測定其質(zhì)量m，體積v1，計算其體積密度ρ1=m/v1，再將泡沫炭磨碎，壓片，測得其堆積體積v2，則堆積密度ρ2=m/v2，泡沫炭的孔隙率參照如下公式來計算：2.壓縮強度測試：首先將泡沫炭切割成方體試樣，采用外能材料試驗機進(jìn)行測試，控制最大載荷3000kgf，最小載荷0～10kgf，壓縮速率為5mm/min，泡沫炭的壓縮強度σ用如下公式來計算：式中：p為破壞載荷（n），a為試樣受壓面積（mm2）。具體檢測結(jié)果如表1。表1實例1實例2實例3實例4對照例孔隙率（%）8788899070壓縮強度（mpa）13.614.114.614.97.5由表1可知，本發(fā)明制備的酚醛樹脂基泡沫炭孔隙率高，壓縮強度高。本發(fā)明未使用高腐蝕性的發(fā)泡劑。當(dāng)前第1頁12