煤系沥青树脂的合成及其与石墨复合性能的研究

论文摘要

本研究工作是以煤焦油沥青为原料,三聚甲醛或对苯二甲醇为交联剂,对甲苯磺酸为催化剂,在150℃下合成B阶沥青树脂。在研究过程中主要考察了交联剂、催化剂、反应时间、反应温度等条件下合成的沥青树脂及其性能;并在同样的实验条件下,将酚醛树脂与沥青树脂进行复配,制得复配树脂;通过IR、1HNMR及热失重的测试分析,初步探讨了B阶沥青树脂CPT-2及复配树脂CPT-8的结构、合成反应机理及其树脂的耐热性;将B阶沥青树脂CPT-2及复配树脂CPT-8与石墨复合,得到不同基体的复合材料,并考察了该复合材料的电阻率、硬度和耐磨性等性能。实验结果表明,采用煤焦油沥青为原料,三聚甲醛占原料的5%,对甲苯磺酸占原料的5%,反应温度150℃,反应时间120min的条件下合成的沥青树脂性能较好,且交联剂、催化剂、反应时间、反应温度等对沥青树脂的性能有一定影响。沥青树脂CPT-2与复配树脂CPT-8易溶于强极性有机溶剂中,而不能溶解于非极性或弱极性有机溶剂中。在实验中测得,复配树脂CPT-8的β树脂含量为25.25%,CPT-2的β树脂含量为11.30%,由于树脂的粘结性能主要由β树脂含量决定,所以可以得出复配树脂CPT-8的粘结性能优于沥青树脂CPT-2的粘结性能。在复合材料中,树脂的含量对复合材料的性能产生影响,复配树脂CPT-8与石墨的复合材料的性能优于沥青树脂CPT-2与石墨的复合材料。从实验中可以看出,复合材料的电阻率范围在300～500 ?m,硬度较好的能达到34肖氏硬度,已接近先进国家水平。本研究为使用煤沥青进行COPNA树脂的合成技术开发提供了理论依据,利用沥青树脂与碳材料良好的亲和性,不仅为沥青树脂提供了一个新的应用方向,而且为复合材料的研制提供了一种新型树脂粘结剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 沥青树脂的开发背景及研究意义
• 1.1.1 碳材料概述
• 1.1.2 碳材料发展与现状
• 1.1.3 碳材料及其前驱体的制备
• 1.1.4 本课题的研究意义
• 1.2 沥青树脂的特性及其研究现状
• 1.2.1 沥青树脂的结构特性
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.2.3 沥青树脂的应用
• 1.3 树脂基复合材料的发展及其应用
• 1.3.1 树脂基复合材料的概况及其研究现状
• 1.3.2 树脂基复合材料的特点
• 1.3.3 树脂基复合材料的应用
• 1.4 本论文研究的目的和内容
• 1.4.1 沥青树脂研究中存在的问题
• 1.4.2 研究目的
• 1.4.3 研究的主要内容
• 第二章 沥青树脂的合成及其性能测试
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料及仪器
• 2.1.2 沥青树脂合成方法及机理
• 2.1.3 沥青树脂的性能测试及表征
• 2.1.4 实验目的及内容
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 反应条件的选取
• 2.2.2 反应温度对合成树脂的影响
• 2.2.3 反应时间对合成树脂的影响
• 2.2.4 交联剂的用量对沥青树脂合成的影响
• 2.2.5 催化剂的用量对树脂合成及其性能的影响
• 2.2.6 不溶物含量测试
• 2.2.7 性能表征
• 2.3 本章小结
• 第三章 沥青树脂与石墨复合性能的初步研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料及设备
• 3.1.2 实验机理及制备方法
• 3.1.3 性能测试
• 3.1.4 本实验研究的目的和内容
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 沥青树脂的表观性能
• 3.2.2 粘结性能的决定因素
• 3.3.3 沥青树脂CPT-2 与石墨复合材料的性能测试
• 3.3 本章小结
• 第四章 沥青树脂与热塑性酚醛树脂的复配初探及其应用
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料及仪器
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.3 复配树脂的性能测试及表征方法
• 4.1.4 实验内容及目的
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 复配树脂的粘结性能
• 4.2.2 B 阶沥青树脂与复配树脂的溶解性
• 4.2.3 复配树脂与B 阶沥青树脂的性能对比
• 4.2.4 复配树脂和沥青树脂分别与石墨复合性能的对比
• 4.2.5 复配树脂的性能表征
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢