專利名稱：一種熱固性樹脂較低溫下炭化石墨化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱固性樹脂較低溫下炭化石墨化的方法，具體涉及一種促使難石墨化炭前軀體在較低溫下炭化過程中同時(shí)石墨化的方法。屬于碳材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
通常所說的石墨化方法是將無定形炭材料在2200°C以上高溫處理，促使其經(jīng)相態(tài)轉(zhuǎn)變后成為石墨化結(jié)構(gòu)材料。而類似于熱固性酚醛樹脂等有機(jī)高分子炭化得到的是玻璃炭，不易石墨化，限制了相關(guān)材料的應(yīng)用領(lǐng)域。如果能夠促使難石墨化前驅(qū)體樹脂在炭化過程中同時(shí)進(jìn)行石墨化轉(zhuǎn)變，甚至使得這種轉(zhuǎn)變在較低溫度下實(shí)現(xiàn)，則不僅會大幅度降低相關(guān)炭材料的制造成本和能耗，也必將拓寬相關(guān)炭材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種促進(jìn)難石墨化前驅(qū)體樹脂低溫下可炭化石墨化的方法。該方法將炭化和石墨化兩個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行，同時(shí)將石墨化的溫度顯著降低。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用硼系化合物作為介質(zhì)和催化劑，利用硼的缺電子特性和硼系物的反應(yīng)活性促進(jìn)樹脂炭化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)重排，提高亂層炭的有序性，降低炭石墨化的勢壘。從而使得樹脂在炭化過程中逐漸石墨化。具體做法是在熱固性樹脂低聚體中摻入一定比列的硼系化合物，通過共混共聚得到一種高分子復(fù)合材料。將該材料放置在坩堝中，在惰性氣氛的保護(hù)下以一定的升溫速率升至指定溫度并保溫一定時(shí)間。降溫后即得具有一定石墨化度的炭材料。本發(fā)明所描述的熱固性樹脂，主要是指含有較多比例的芳香化合物，其炭化產(chǎn)物為難以石墨化炭。本發(fā)明所說的硼系化合物包括三苯基硼、碳化硼、氮化硼、磷酸硼。惰性氣氛包括氮?dú)?、氬氣、氦氣或?qū)悠仿袢虢狗壑行纬傻亩栊苑諊?。本發(fā)明的炭化石墨化方法是先按熱固性樹脂硼系化合物=98 50:2飛O的重量百分比稱取，經(jīng)攪拌共混后加熱固化，最終固化溫度為15(T250°C。將固化后的樣品置入坩堝于惰性氣氛下加熱，以廣30°C /min的速率升至100(Tl50(rC并保溫2 24h，后冷卻至室溫即得一定石墨化度的炭材料。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)和效果
I.以熱固性樹脂低聚體為原料，將樹脂的炭化和石墨化過程合二為一，同時(shí)降低石墨化溫度達(dá)到節(jié)能、省時(shí)的效果。2.以硼系物為介質(zhì)和催化劑，利用硼系物的反應(yīng)活性使樹脂炭化結(jié)構(gòu)具有一定的自愈合作用，同時(shí)硼系物還可通過化學(xué)作用提高基體的殘?zhí)柯省?.使得熱固性樹脂在高溫下邊服役邊炭化成為可能，從而拓寬炭材料的應(yīng)用領(lǐng)域。


圖I為按本發(fā)明的方法將一種熱固性酚醛樹脂與硼系物混合固化后經(jīng)1200°C處理的樣品斷面的掃描電子照片，樣品斷面經(jīng)噴金處理。從照片可以發(fā)現(xiàn)樹脂炭呈現(xiàn)出明顯的有序化層狀結(jié)構(gòu)。圖2為按本發(fā)明的方法和未按本發(fā)明方法處理獲得的1500°C處理后的樣品的粉末衍射圖樣對比。依照謝樂公式計(jì)算兩者的石墨化度分別為34. 88%和O.說明硼系物的添加對熱固性樹脂炭的石墨化具有顯著的促進(jìn)作用。具體實(shí)施方法實(shí)施例I
按市售熱固性酚醛樹脂硼系化合物=70:30的重量百分比稱取，經(jīng)攪拌共混后加熱固化，最終固化溫度為200°C。將固化后的樣品置入坩堝后移入管式電爐中，通入氮?dú)獠⒓訜幔?以5°C /min的速率升至1200并保溫2h，冷卻至室溫后取出樣品。掰斷樣品經(jīng)噴金后用掃描電鏡觀察其斷面形貌。如圖I所示，樣品呈現(xiàn)出明顯的有序化分層結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2
按市售熱固性酚醛樹脂硼系化合物=80:20的重量百分比稱取，經(jīng)攪拌共混后加熱固化，最終固化溫度為200°C。將固化后的樣品置入坩堝后用焦粉填埋，移入箱式式電爐中，， 以2°C /min的速率升至1500并保溫2h，冷卻至室溫后取出樣品。作為對比，未混合硼系物的純酚醛樹脂樣品按同樣條件進(jìn)行炭化石墨化處理。分別將樣品碾成粉末觀察其X-衍射圖樣。如圖2，圖2中a為按本發(fā)明方法處理的樣品衍射圖，b為純樹脂衍射圖。從圖中可看出硼系化合物對熱固性酚醛樹脂的炭化石墨化具有顯著的促進(jìn)作用。依照謝樂公式計(jì)算，摻入硼系化合物的酚醛樹脂炭的石墨化度達(dá)34. 88%，而純酚醛樹脂炭樣品沒有石墨化跡象，其層間距為O. 3586nm，大于完全無序炭的層間距O. 3440nm。
權(quán)利要求
1.一種熱固性樹脂炭化石墨化方法，其特征在于先按熱固性樹脂硼系化合物 =98 50:2飛O的重量百分比稱取，經(jīng)攪拌共混后加熱固化，最終固化溫度為15(T250°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種熱固性樹脂炭化石墨化方法，其特征在于將固化后的樣品置入坩堝于惰性氣氛下加熱，以f 30°C /min的速率升至100(Tl50(TC并保溫2 24h。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種熱固性樹脂炭化石墨化方法，其特征在于熱固性樹脂的炭化石墨化過程合二為一，而不需要先炭化后石墨化。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種熱固性樹脂炭化石墨化方法，其特征在于硼系化合物選自三苯基硼、碳化硼、氮化硼、磷酸硼中的一種或若干種的組合。
全文摘要
一種熱固性樹脂較低溫下炭化石墨化的方法，具體涉及一種促使難石墨化炭前軀體在較低溫下炭化過程中同時(shí)石墨化的方法。在熱固性樹脂低聚體中摻入一定比列的硼系化合物，通過共混共聚固化得到一種高分子復(fù)合材料。將該材料放置在坩堝中，在惰性氣氛的保護(hù)下以一定的升溫速率升至1000~1500℃并保溫2~24h。降至室溫后即得具有一定石墨化度的炭材料。這種方法特別適用于多芳環(huán)型熱固性樹脂，使得難石墨化炭變得易石墨化，并將炭化石墨化合二為一。這不僅降低了炭材料的制備成本與能耗，還將進(jìn)一步促進(jìn)相關(guān)材料在二次電池、傳感器、膠黏劑等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
文檔編號C01B31/04GK102583344SQ20121003316
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者吳若梅, 張維莉, 蔣海云 申請人:湖南工業(yè)大學(xué)