利用化学转化法提高有机树脂残炭值的方法技术

利用化学转化法提高有机树脂的残炭值的方法，涉及一种利用化学转化法提高有机树脂残炭值，用于生产高性能的炭／炭复合材料，耐火材料、摩阻制动材料，高温胶粘剂等高温领域的材料／制品等，该方法利用化学转化的方法，将添加有Ｂ↓［４］Ｃ的有机树脂在高温下热裂解，该有机树脂炭化释放出的一氧化碳与Ｂ↓［４］Ｃ反应，转化成无定型炭并保留在该树脂内部，从而有效提高该有机树脂的高温残炭值。所述有机树脂为含氧树脂如：酚醛树脂、或呋喃树脂、或沥青树脂或环氧树脂的一种或几种的复合物。该发明专利技术所使用的改性试剂原料主要为碳化硼（Ｂ↓［４］Ｃ），是较为常见的陶瓷材料。改性工艺简单，效果明显，结构稳定性和高温残炭值明显提高，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用化学转化法提高有机树脂残炭值，用于生产高性能的炭/炭复合材料，耐火材料、摩阻制动材料，高温胶粘剂等高温领域的材料/制品等。属于有机树脂改性的

技术介绍
随着现代文明的进步和科学技术的发展，材料在高速、高温、高压等苛刻工况条件下的应用越来越多，对材料的热物理性能要求也越来越高。有机合成树脂在国民经济各领域都有着广泛的应用，但由于有机结构将在高温下发生热裂解、炭化，大量的一氧化碳(CO)、水(H2O)等小分子将挥发并逸失出树脂，并伴随着体积收缩和性能劣化，因此有机树脂的使用范围多局限在200～300℃以下的温度区间。但利用有机树脂炭化后的无定型炭所具有的良好的结构/性能稳定性，使得有机树脂在高温复合材料，特别是炭/炭(C/C)复合材料、耐火材料、制动摩阻材料、高温胶粘剂等领域得到了广阔的应用。因为利用的是有机树脂高温热解、炭化后衍生的无定型炭，因此树脂在高温热解后残炭值的高低，成为影响有机树脂及其复合材料在高温应用中的重要因素。由于常用的有机树脂的高温残炭值偏低，使得这些先进复合材料的生产成本、应用性能受到极大的影响。如在利用酚醛、沥青等树脂在生产炭/炭复合材料时，不得不使用酚醛、沥青等树脂进行反复多次的浸渍、炭化处理，以实现炭/炭(C/C)复合材料的致密化，生产周期长达数月之久；在耐火砖、刹车片等材料中，酚醛等树脂是重要的结合剂，其耐热性，尤其是其残炭值的高低，将直接影响到复合材料结构的致密性和稳定性，并进而影响到复合材料的力学强度、摩擦系数等性能；在高温粘接中，酚醛、呋喃等树脂是粘结剂的基体物质，高温下将炭化为粘接胶层的无定型炭骨架，其结构的致密性、完整性等对高温粘接性能具有极其关键性的影响。因此，提高有机树脂的耐热性和高温残炭值，成为实现和拓展有机树脂在高温领域应用的重要指标。为了实现有机树脂在高温度领域的应用，科研和工程技术人员主要采用了如下的方法通过调整聚合单体的种类，利用高邻位的芳香族单体，采用新型的聚合工艺和催化剂，合成新型的稠环树脂，如经过复杂的合成过程，制备得到缩合多环缩合多环多核芳烃树脂(COPNA)树脂；或利用添加硼酸、钼酸、稀土化合物等含耐热键的物质，取代有机树脂中的酚羟基或醚键等弱的有机键合结构；或利用两种或多种有机合成材料的共混，通过形成互穿网络结构(IPN)或“高分子合金”的方式来提高有机树脂的耐热性，常见的有利用桐油、腰果壳油、有机硅等对有机树脂进行共混改性，或制备酚醛/环氧等共混化合物。通过对上述方法的分析可以发现，这些方法的立足点仍是在保全或维持有机结构的前提下进行有限度的提高，仅仅是将热解、炭化的温度进行了有限度的延迟，并不能从根本上克服因有机结构的裂解而导致的残炭值偏低的弊端。
技术实现思路
技术问题针对上述现有技术存在的弊端，本专利技术提供了一种。解决了常用有机树脂高温残炭值偏低的问题，从根本上克服因有机结构的裂解、组分的逸失而导致的残炭值偏低的弊端。技术方案本专利技术利用化学转化法提高有机树脂的残炭值的方法是将添加有B4C的有机树脂在高温下热裂解，该有机树脂炭化释放出的一氧化碳与B4C反应，转化成无定型炭并保留在该树脂内部，从而有效提高该有机树脂的高温残炭值。所述有机树脂为含氧树脂，如含氧树脂为酚醛树脂、或呋喃树脂、或沥青树脂或环氧树脂的一种或几种的复合物。所述B4C的粒度范围在2.5～63μm，纯度为70～98％WT，B4C与有机树脂的质量比为0.05～1.5∶1。通过分析可知道，合成树脂是以碳(C)、氢(H)、氧(O)等为基本组成的有机聚合物体系，在高温环境下，碳-氢(C-H)、碳-氧(C-O)等有机键将不可避免地分解、重组，非碳元素逐渐以CO、CO、CH4、H2O等小分子挥发、释放出树脂基体，从而导致材料组成的逸失，以及有机树脂结构、性能的剧烈劣化。鉴于有机结构在高温下必将裂解的事实，单纯地提高有机结构的耐热性，并不能有效地提高有机树脂在高温下的残留，特别是残炭值。而通过化学转化的方法，将有机结构热裂解时释放出来的一氧化碳(CO)、水(H2O)等挥发份，转化为更为稳定的物质而保留在树脂内部，则是一种可靠有效地提高残炭值的途径。在本专利技术中，我们在承认有机结构在高温下必将热解，并逐渐转化为以无定型炭的前提下，通过添加改性填料进行化学转化的方法，将释放出的一氧化碳(CO)、水(H2O)等小分子等组分转化为较为稳定的组分而保留在树脂内部。添加的活性改性陶瓷组元主要是碳化硼(B4C)，主要的化学转化反应表述如下B4C+6CO＝B2O3+7CB4C+6H2O＝2B2O3+6H2+C通过上述化学转化，可有效地将碳元素、氧元素等成分转化为稳定的无定型炭或氧化硼而保留在树脂内部，从而有效提高树脂结构的致密性及高温残炭值，最终有效地提高有机树脂的耐热应用范围。有益效果1，组成简单，原料易得，成本低廉。该专利技术所使用的改性试剂原料主要为碳化硼(B4C)，是较为常见的陶瓷材料。2，改性工艺简单，操作性强将碳化硼(B4C)以物理掺杂的方式与有机树脂进行搅拌、混合，在高温环境下，B4C即可与有机树脂的裂解产物发生原位的化学转化反应，达到提高树脂耐热性的目的，而对后续的热处理升温制度、设备等没有特殊的依赖性。3，改性效果明显，结构稳定性和高温残炭值明显提高，有效提高耐热性利用化学转化的方法，可有效地将CO等挥发份转化为无定型炭而保留在树脂中，从而切实地提高树脂的高温残炭值和耐热性。4，适用范围广常见的有机合成树脂是以碳(C)、氢(H)、氧(等)为主要成分的聚合物，在高温环境下碳-氢(C-H)、碳-氧(C-O)等有机键都将不可避免地分解、重组，并释放出CO、CO、CH4、H2O等小分子挥发份。碳化硼(B4C)具有较为理想的反应活性和改性效果，利用化学转化反应，可有效地提高酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、沥青等各种有机合成树脂的高温残炭值。改性后的树脂材料可应用于炭/炭复合材料的浸渍剂、耐火材料、制动摩阻材料的粘结剂，以及高温胶粘剂等领域。具体实施例方式实施例1在100份的普通市售酚醛树脂中添加5份的碳化硼(B4C)，该B4C的牌号为W2.5，纯度为75％Wt，粒度为2.5μm。混合均匀后进行高温下的热处理，并进行高温下残炭值的测试，结果如表1所示表1不同温度热处理后的残炭率 实施例2在100份市售石油沥青树脂中添加50份的B4C，该B4C的牌号为150#，纯度为94％Wt，粒度为55-63μm混合均匀后，进行高温热处理，并进行残炭值的测试。热处理后550℃时的残炭值为72％。实施例3在100份市售普通呋喃树脂中添加140份的B4C，该B4C的牌号为W5，纯度为89％Wt，粒度为10-15μm混合均匀后，进行高温热处理，并进行残炭值的测试。热处理后550℃时的残炭值为67％。实施例4在100份市售普通环氧树脂中添加10份的B4C，该B4C的牌号为100#，纯度为92％Wt，粒度为35-40μm，混合均匀后，进行高温热处理，并进行残炭值的测试。热处理后550℃时的残炭值为54％。实施例5在100份普通市售酚醛树脂中添加100份(质量比)左右的碳化硼(B4C)，该B4C的牌号为W3.5，纯度为85％Wt，粒度为2.5-3.5μm混合均匀后，对石墨材料进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用化学转化法提高有机树脂的残炭值的方法，其特征在于利用化学转化的方法，将添加有Ｂ↓［４］Ｃ的有机树脂在高温下热裂解，该有机树脂炭化释放出的一氧化碳与Ｂ↓［４］Ｃ反应，转化成无定型炭并保留在该树脂内部，从而有效提高该有机树脂的高温残炭值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王继刚，蒋海云，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]