新型树脂基泡沫炭材料的制备、结构及性能

论文摘要

本文以氰酸酯树脂为前驱体,采用浇注成型和炭化工艺制备了氰酸酯树脂基泡沫炭材料。研究了双酚A型氰酸酯（CY-1）和多官能团氰酸酯（CY-5）复合比例对氰酸酯树脂基泡沫炭结构的影响,并考察了炭化温度对泡沫炭力学性能、导电性能和导热性能的影响。此外,采用纳米碳管增强上述氰酸酯树脂基泡沫炭,研究了纳米碳管含量对泡沫炭物理性能的影响,并分析了纳米碳管含量及高温后处理对泡沫炭力学性能、导电性能和导热性能的影响。采用FT-IR, TGA等对氰酸酯树脂及纳米碳管增强氰酸酯树脂进行表征。研究表明：采用CY-1和CY-5得到的复配氰酸酯树脂具有比双酚A型氰酸酯树脂更高的残炭率；另外,纳米碳管的加入提高了氰酸酯树脂的残炭率。采用XRD、排水法等对泡沫炭的结构、密度、气孔率进行测定,并采用SEM研究了炭化温度、纳米碳管含量对氰酸酯树脂基泡沫炭结构的影响。结果表明：炭化温度的提高可有效提高泡沫炭的密度和石墨化程度,降低泡沫炭的气孔率、开孔率和闭孔率；复配氰酸酯树脂基泡沫炭比双酚A型氰酸酯树脂基泡沫炭具有更高的石墨化程度、体系均一度、密度和更低的气孔率；随着纳米碳管含量的增加,泡沫炭材料的密度不断增加,气孔率不断降低。炭化温度的升高有效提高了泡沫炭的力学性能、导电性能和导热性能。当炭化温度为900℃时,双酚A型氰酸酯树脂基泡沫炭和复配氰酸酯树脂基泡沫炭的压缩强度、电阻率、热导率分别为3.15MPa、1.262Ωcm、2.156W/mK和4.63MPa、1.054Ωcm、2.763W/mK,纳米碳管的加入在一定程度上提高了泡沫炭的力学性能、导电性能和导热性能。当纳米碳管含量为1.0wt%时,纳米碳管增强双酚A型氰酸酯树脂基泡沫炭和纳米碳管增强复配氰酸酯树脂基泡沫炭的压缩强度、电阻率、热导率分别为6.90MPa、0.257Ωcm、28.82W/mK和7.64MPa、0.249Ωcm、30.66W/mK。高温热处理能一定程度上提高泡沫炭的导电性能和导热性能,但是热处理过程产生的微裂纹会导致其力学性能下降。另外,纳米碳管的加入使得高温热处理对泡沫炭的力学性能影响有所下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 泡沫炭
• 1.1.1 泡沫炭简介
• 1.1.2 中间相沥青基泡沫炭
• 1.1.3 煤及煤系物基泡沫炭
• 1.1.4 有机聚合物基泡沫炭
• 1.1.5 泡沫炭改性
• 1.1.6 泡沫炭制品的后处理增强
• 1.2 氰酸酯树脂
• 1.2.1 氰酸酯树脂简介
• 1.2.2 氰酸酯树脂合成
• 1.2.3 氰酸酯树脂固化
• 1.2.4 氰酸酯树脂的改性
• 1.3 本文研究背景和主要内容
• 1.3.1 研究背景
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 试验部分
• 2.1 试验原料、试剂与仪器
• 2.1.1 试验原料与试剂
• 2.1.2 试验仪器
• 2.2 树脂合成及复合体系制备
• 2.2.1 双酚A型氰酸酯树脂的制备
• 2.2.2 复配氰酸酯树脂的制备
• 2.2.3 酸化纳米碳管（a-MWCNTs）的制备
• 2.2.4 纳米碳管增强氰酸酯树脂的制备
• 2.2.5 泡沫炭的制备
• 2.2.6 泡沫炭的高温热处理
• 2.3 表征与测试方法
• 2.3.1 傅立叶红外（FT-IR）测试
• 2.3.2 热失重（TGA）测试
• 2.3.3 X射线衍射（XRD）测试
• 2.3.4 透射电子显微镜（TEM）测试
• 2.3.5 扫描电子显微镜（SEM）测试
• 2.3.6 泡沫炭密度及孔隙率测量
• 2.3.7 压缩强度测试
• 2.3.8 导电性能测试
• 2.3.9 导热性能测试
• 2.4 本章小结
• 第三章 氰酸酯树脂基泡沫炭材料的结构与性能
• 3.1 氰酸酯树脂热解行为研究
• 3.1.1 双酚A型氰酸酯树脂热解行为研究
• 3.1.2 复配氰酸酯树脂热解行为研究
• 3.2 氰酸酯树脂基泡沫炭的结构
• 3.2.1 氰酸酯树脂基泡沫炭的SEM分析
• 3.2.2 氰酸酯树脂基泡沫炭的XRD分析
• 3.3 氰酸酯树脂基泡沫炭发泡机理研究
• 3.4 氰酸酯树脂基泡沫炭的性能研究
• 3.4.1 氰酸酯树脂基泡沫炭的物理性能
• 3.4.2 氰酸酯树脂基泡沫炭的力学性能
• 3.4.3 氰酸酯树脂基泡沫炭的电学性能
• 3.4.4 氰酸酯树脂基泡沫炭的热学性能
• 3.5 本章小节
• 第四章 纳米碳管增强氰酸酯树脂基泡沫炭材料的结构和性能
• 4.1 纳米碳管的表征
• 4.1.1 纳米碳管的IR分析
• 4.1.2 酸化纳米碳管的TEM分析
• 4.2 纳米碳管增强双酚A型氰酸酯树脂的结构与性能
• 4.2.1 纳米碳管增强双酚A型氰酸酯树脂热解行为研究
• 4.2.2 纳米碳管增强双酚A型氰酸酯树脂基泡沫炭的SEM分析
• 4.2.3 纳米碳管增强双酚A型氰酸酯树脂基泡沫炭的XRD分析
• 4.2.4 纳米碳管增强双酚A型氰酸酯树脂的性能研究
• 4.3 纳米碳管增强复配氰酸酯树脂基泡沫炭的结构与性能
• 4.3.1 纳米碳管增强复配氰酸酯树脂热解行为研究
• 4.3.2 纳米碳管增强复配氰酸酯树脂基泡沫炭的SEM分析
• 4.3.3 纳米碳管增强复配氰酸酯树脂基泡沫炭的的XRD分析
• 4.3.4 纳米碳管增强复配氰酸酯树脂基泡沫炭的性能研究
• 4.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文