[发明专利]一种炭材料高性能浸渍剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能浸渍剂的生产方法，具体地说是采用热固性双马来酰亚胺树脂和工业用中温煤沥青共混生产高性能浸渍剂的方法。

背景技术

沥青浸渍剂是炭材料及其制品的增密补强剂，其所得产品广泛应用于冶金、机械、电子、核能、航天、航空环境保护及各种民用等领域。在炭材料的生产中，尤其在炭/炭复合材料的制备过程中，浸渍剂沥青性能的好坏直接影响到浸渍效率和制品的性能。一般情况下，未改性的沥青残炭率较低，需要经过多次的浸渍-炭化循环才能达到制品的要求。另外，由于煤沥青是一种热塑性树脂，在炭材料制造过程中，卸压或炭化都会使沥青发生倒流，从而影响浸渍效果，为此耗费了大量的物力、人力和财力。因此，研制出高性能、低成本的改性沥青成为大势所趋。树脂由于残炭率较高，成炭强度大、硬度大、耐酸蚀能力强、对环境污染小，炭化后开孔率高，有利于再次浸渍，而且热固性树脂在一定温度下，易形成三维高度交联的硬质非晶体，不会发生倒流，也常常用来作为炭材料的基体前躯体。为此，很多学者认为，完全可以把二者混合起来，共炭化处理，来作为炭材料的基体前驱体，发挥各自优势。目前，许多树脂(如酚醛树脂、呋喃树脂等)用来与煤沥青共炭化制造炭材料，但是这些树脂高温流变性能差，而且固化时有H₂O等小分子生成，形成更多的孔隙，大大降低了浸渍效率，难于满足航空航天等特殊领域的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能炭材料浸渍剂的制备方法，解决现有技术中残炭率低，浸渍效果差等问题以及在炭材料制造过程中，卸压或炭化都会使热塑性树脂发生倒流等缺陷问题，本发明的浸渍剂在用于炭材料的浸渍-炭化工艺时，可有效减少浸渍-炭化循环次数，从而降低炭材料的生产成本。

本发明采用改性双马来酰亚胺树脂与煤沥青共混，获得一种炭材料高性能浸渍剂。

本发明的显著优点：

(1)工艺过程简单，能耗低，省时，省力；

(2)可人为控制产品的性能，以满足不同层次的需要；

(3)产品性能优异，可有效减少浸渍-炭化循环次数，从而降低炭材料的生产成本。

本发明生产的浸渍剂可用于工业电极和石墨材料的浸渍增密工艺中，也可以用于高性能炭/炭复合材料的生产中。

附图说明

图1为实例1制备的浸渍剂的温度粘度曲线；

图2为实例1制备的浸渍剂经1000℃炭化1h后的光学组织结构；

图3为实例1制备的浸渍剂的浸渍效率曲线；

图4为实例2制备的浸渍剂的温度粘度曲线；

图5为实例2制备的浸渍剂经1000℃炭化1h后的光学组织结构；

图6为实例2制备的浸渍剂的浸渍效率曲线；

具体实施方式

具体的制备过程如下：

(1)在原料煤沥青中添加10-40％(总原料的10-40％，按照重量比)的改性双马来酰亚胺树脂，混合均匀；

(2)将混合料装入圆柱形钢制容器中，通入氮气保护，以2～10℃/min的升温速率升至100-180℃的温度；

(3)高速搅拌(转速5000-10000rpm)5-30min；

(4)自然冷却至室温后，得高性能浸渍用沥青。

其中：改性双马来酰亚胺树脂可以采用如下步骤制备：

原料各组分配比，按质量份数：

烯丙基COPNA树脂：40-60份

双马来酰亚胺BMI：40-60份

按照所述原料配比；称取烯丙基COPNA树脂，加入到三口瓶中，采用油浴加热，升高温度至100-150℃时，树脂粘度急剧下降，称取双马来酰亚胺平均分三次加入到三口瓶中，升温至140-180℃，反应10-25min，即得到改性双马来酰亚胺共聚树脂。

以上改性双马来酰亚胺树脂的原料中用到的烯丙基COPNA树脂可以采用如下步骤制备：

原料各组分配比，按质量份数：

1-萘酚：10-20份

对苯二甲醇：10-20份

对甲苯磺酸：1-5份

正丁醇：30-50份

氢氧化钾：10-20份

氯丙烯：10-20份

按照所述原料配比；称取1-萘酚、对苯二甲醇、对甲苯磺酸置于三口烧瓶中，70-100℃水浴加热，搅拌30-50min，缓慢滴加正丁醇，然后在该溶液中加入氢氧化钾，反应10-30min；待溶液逐渐变黑再变红棕色后，自然冷却至30-45℃以下，缓慢滴入氯丙烯，加完后升温至70-95℃，反应3-7小时，随后抽滤；用正丁醇洗涤至白色，减压蒸馏即得到烯丙基COPNA树脂。