泡沫炭及其复合材料的制备研究

【摘要】： 泡沫炭作为一种具有三维网状结构的多孔炭材料,具有密度小、孔隙率高、耐高温、耐腐蚀、易加工等突出的特性。通过与高强度的金属或非金属材料复合可以制备具有特殊性能的复合材料。泡沫炭的独特结构和优异性能使其在热交换器、催化剂载体、电极材料、航天航空等诸多领域具有广阔的应用前景。 本文分别以糠醇(FA)、聚酰胺酸(PAA)和沥青烯(AS)为碳源,聚氨酯泡沫为模板,制备了聚糠醇基泡沫炭(CF-PU/PFA)、聚酰亚胺基泡沫炭(CF-PU/PI)和沥青烯基泡沫炭(CF-PU/AS)。制备工艺包括将碳源浸渍至模板孔道、复合物泡沫的固化以及炭化。利用扫描电镜、X射线衍射仪对产品的微观形貌和结构进行了分析,并对产品的密度和孔隙率等基本参数、抗氧化性能以及导电性能进行了测试。结果表明,所制备的泡沫炭产品都是由大孔组成的、具有网状结构的块状多孔材料,结构比较规则,具有密度小、孔隙率高、抗氧化性能好等特性,属半导体材料范畴。通过对模板进行预处理,去除了聚氨酯泡沫闭孔上的隔膜,提高了泡沫的浸渍能力,有效的调控了产品的结构,制得了具有更高开孔率、残炭率以及体密度的产品。通过在聚酰胺酸中添加镍盐和碳纳米管实现了聚酰亚胺基泡沫炭负载镍催化剂(CF-PU/PI/Ni)和碳纳米管增强聚酰亚胺基泡沫炭(CF-PU/PI/CNT)两种复合材料的制备。本论文的研究内容丰富了泡沫炭制备原料的种类,为泡沫炭理论研究和实际应用提供了重要的基础数据。