专利名称：：一种高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法
技术领域：
：本发明属碳泡沫材料的制备方法领域，特别是涉及一种高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法。技术背景沥青碳泡沫材料是一种热学稳定、耐高温、比重轻、比表面积的新材料，它具有优异的绝热性能和力学性能，将其作为保热材料应用在航空航天、航海、核电等部件中，可对装置的小型化、轻型化带来飞跃的变革。美国Ultmmet's公司开发出一种网状碳泡沫，具有非常低的导热系数，可达到0.085W/m.K,但压縮强度仅为0.763MPa，必须经过金属沉淀等工艺来提高强度。美国西佛几尼亚大学开发了一种利用煤作为前驱体材料来制备具有较高强度的碳泡沫，压縮强度可达到15MPa，导热系数范围0.4~17.5W/m.k，但该碳泡沫需要氧化稳定处理，过程复杂难于控制。USP6033506(J.W.Klett，ProcessForMakingCarbonFoam)其主要特征是将沥青材料在高压中膨化而成，其缺陷是强度低，耗能高，工作环境安全性差。USP6398994BU.WKlett，2002.6.4)披露了利用一种技术，其特征是釆用了石油沥青和发泡剂共混后在较低的压力中发泡膨化而成，但其缺陷是两种相材料混合均匀性差，由此形成的孔洞界面分布及均匀性差，从而使碳泡沫材料的功能的均匀性也较差。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，以弥补现有技术的不足和缺陷，满足生产和相关领域发展的需要。采用本发明的方法制备的沥青碳泡沫材料具有高强度，能用于高载高负荷等相关领域，适宜于工业化生产。'本发明的一种高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，包括如下步骤(1)将煤焦油沥青经过热解制备出中间相沥青，粉碎后加入到甲苯溶液中萃取，把萃取后的沥青取出干燥；(2)干燥后的中间相沥青加入高压反应釜，抽真空升温到沥青的软化点以上并充入惰性气体，在350500'C的温度和680kg/cn^的压力下保持120-240分钟，然后释放压力发泡，冷却到室温，得到沥青泡沫材料；(3)将沥青泡沫材料在1300160(TC时保持120-180分钟，氮气保护下碳化，得沥青碳泡沫材料。所述的沥青是煤焦油沥青或石油沥青中的一种或其混合物，其沥青的软化点为80~90°C，经热解后和甲苯萃取后沥青软化点是200~300°C，中间相含量为70%~95%。所述热解制备是400。C500'C热解46小时，优选400450。C，热解制备中间相沥青的反应完全后用氮气吹扫，除去反应中生成的和难反应的小分子组分。所述甲苯萃取温度为100~250°C，保温3060分钟，甲苯萃取后制得的沥青泡沫的密度增加到0.8g/cm3。所述步骤(2)中的惰性气体是氮气、二氧化碳或氩气中的一种或几种。所述步骤(2)中的升温是在室温至28(TC，保持升温速率为4°C/min，保温60分钟，在进一步以2°C/min的升温速率升到350~500°C。所制备的沥青泡沫材料不经过氧化稳定处理而直接在氮气保护下进行碳化处理，碳化温度优选1300~1400°C，升温速率为3°C/min。本发明的原理是主要是经过甲苯萃取后，中间相沥青中甲苯不溶物的含量减少，极大的提高了中间相含量，中间相含量的增加，对后期发泡过程中碳泡沫韧带结构的形成有重要影响。中间相含量的增加，各相同性物质的量减少，使泡孔在形成过程中更加均匀，规整，泡沫裂纹显著减少，泡沫韧带结构也随之更加紧凑，强度提高明显，因此泡沫的机械强度得到很大提高。本发明的有益效果采用本发明的方法制备沥青碳泡沫材料，所获得的产品，机械性能优良，能在高温高载条件下保持高的机械强度，工作环境安全可靠，适宜于工业化生产。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)将沥青(煤焦油基沥青)经过40(TC热解4小时制备出中间相沥青，其中，热解后中间相沥青的软化点是240°C，中间相含量70%;(2)将中间相沥青粉碎加入到甲苯溶液中，加热到IOO'C萃取30分钟，将萃取后的沥青取出后干燥，萃取后中间相沥青的软化点是27(TC，中间相含量85%;(3)把干燥后的中间相沥青加入高压反应釜，抽真空升温到沥青的软化点以上并充入氮气，充氮压力6Kg/cm2，在室温至28(TC，保持升温速率为4'C/min，保温60分钟；在进一步以2。C/min的升温速率升到350。C，保温240分钟，然后释放压力发泡，冷取到室温，得到沥青泡沫材料；(4)将沥青泡沫材料在1300'C下碳化120分钟，其中升温速率为3'C/min，得到碳泡沫材料。制得的碳泡沫材料的性能指标见表1。表1制取的碳泡沫材料指标<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例2制备歩骤如同实施例l，但其中的热解制备是45(TC热解4小时，热解后中间相沥青的软化点是24(TC，中间相含量70%;甲苯萃取温度250'C，保温60分钟，甲苯萃取后中间相沥青的软化点是285'C，中间相含量95%;充氮压力6Kg/cm2，发泡温度400'C，发泡时间240分钟，制得的碳泡沫材料的性能指标见表1。对比例制备步骤如同实施例l，但不经过甲苯萃取，直接发泡，其中，热解后中间相沥青的软化点24(TC，中间相含量70%，制取的碳泡沫材料指标见表l。由此可见，本发明的材料与对比例的材料相比，应用本发明采用甲苯萃取中间相沥青制备的碳泡沫材料，特别是高温髙载条件下保持高的机械强度性能比常规方法制备碳泡沫的性能均有明显提高。权利要求1.一种高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，包括如下步骤(1)将煤焦油沥青经过热解制备出中间相沥青，粉碎后加入到甲苯溶液中萃取，把萃取后的沥青取出干燥；(2)干燥后的中间相沥青加入高压反应釜，抽真空升温到沥青的软化点以上并充入惰性气体，在350～500℃的温度和6～80kg/cm2的压力下保持120～240分钟，然后释放压力发泡，冷却到室温，得到沥青泡沫材料；(3)将沥青泡沫材料在1300～1600℃氮气保护下碳化，得沥青碳泡沫材料。2.根据权利要求1所述的高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，其特征在于所述的沥青是煤焦油沥青或石油沥青其中的一种或其混合物，其沥青的软化点为80~90。C。3.根据权利要求1所述的高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，其特征在于所述的经热解后和甲苯萃取后沥青软化点是200~300°C，中间相含量为70%~95%。4.根据权利要求1所述的高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，其特征在于所述热解制备是40(TC50(TC热解4~6小时。5.根据权利要求4所述的高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，其特征在于所述热解制备温度为400~450°C。6.根据权利要求1所述的高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，其特征在于所述甲苯萃取温度为100~250°C，保温3060分钟，甲苯萃取后制得的沥青泡沫的密度增加到0.8g/cm3。7.根据权利要求1所述的高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的惰性气体是氮气、二氧化碳或氩气中的一种或几种。8.根据权利要求1所述的高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的升温是在室温至28(TC，保持升温速率为4°C/min，保温60分钟，在进一步以2°C/min的升温速率升到350~500°C。9.根据权利要求1所述的高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的碳化是碳化温度1300~1400°C，升温速率为3°C/min，保持120-180分钟。全文摘要本发明涉及一种高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法，包括(1)将煤焦油沥青经过热解制备出中间相沥青，粉碎后加入到甲苯溶液中萃取，干燥；(2)干燥后的中间相沥青加入高压反应釜，抽真空升温到沥青的软化点以上并充入惰性气体，在350～500℃的温度和6～80kg/cm<sup>2</sup>的压力下保持120～240分钟，释放压力发泡，冷却到室温，得到沥青泡沫材料；(3)将沥青泡沫材料在1300～1600℃氮气保护下碳化，得沥青碳泡沫材料。采用本发明的方法制备的沥青碳泡沫材料具有高强度，能用于高载高负荷等相关领域，适宜于工业化生产。文档编号C01B31/02GK101214944SQ20071017312公开日2008年7月9日申请日期2007年12月26日优先权日2007年12月26日发明者安晴晴,曹玲玲,勇王,王依民,峰苏,志许申请人:东华大学