强度增强泡沫炭的制备、结构与性能 (2011年)
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Ｖｏｌ．３２ 高 等 学 校 化 学 学 报 Ｎｏ．４
２０１１ 年 ４ 月
ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩＮＥＳＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ ８３４ ～８３８
强 度 增 强 泡 沫 炭 的 制 备 、结 构 与 性 能
余立琼
１
， 李 凯
１
， 刘荣军
２
， 栾志强
１
， 刘江歌
１
（１．防化研究院， 北京 １００１９１； ２．国防科技大学宇航材料工程学院， 国防科技重点实验室， 长沙 ４１００７３）
摘要 采用石油系中间相沥青为原料， 通过发泡、 炭化和石墨化工艺制备了沥青基泡沫炭， 为了提高泡沫炭
的机械强度， 用聚碳硅烷（ＰＣＳ）对其进行了浸渍－裂解（ＰＩＰ）增强处理．扫描电子显微镜（ＳＥＭ）图片显示， 增
强泡沫炭结构保持完整， 孔隙内壁可见沉积薄层； Ｘ 射线衍射（ ＸＲＤ） 分析确认该薄层为 ＰＣＳ 的裂解产物
β－ＳｉＣ．压缩强度测试结果表明， 经过 ３ 次 ＰＩＰ 工艺， 压缩强度随 ＰＩＰ 次数的增加而显著提高， 最大可提高到
泡沫炭的 ３畅８０ 倍．
关键词 泡沫炭； 增强； 浸渍－裂解； 压缩强度； 热导率
中图分类号 Ｏ６１３畅７ 文献标识码 Ａ 文章编号 ０２５１－０７９０（２０１１）０４－０８３４－０５
收稿日期： ２０１０－０６－２３．
基金项目： 中国博士后科学基金（ 批准号： ２００９０４５１５２９）资助 ．
联系人简介： 栾志强， 男， 研究员， 博士生导师， 主要从事多孔炭材料的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｕａｎｚｈｉｑｉａｎｇ ６３＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ
由沥青前驱体制备的泡沫炭（即沥青基泡沫炭） 是一种新型的轻质高导热材料， 具有热膨胀系数
低、 电和热传导性能可控、 阻燃、 耐腐蚀、 能吸收声音和震动能量等特点
［１ ～４］
， 可作为热控材料、 电池
组的电极、 吸波材料和催化剂载体等．该材料一经问世， 就受到到国内外相关研究机构的高度关
注
［５ ～８］
．经过高温石墨化的沥青基泡沫炭丰富了石墨片层结构， 但在具有轻质、 热、 电等优异性能的
同时， 也降低了材料自身的机械强度， 因而不利于应用．目前， 国际上关于泡沫炭强度增强方面的研
究鲜见报道， Ｋｌｅｔｔ
［９］
初步研究了用石墨颗粒与中间相沥青的混合物作为先驱体来制备强度增强的泡沫
炭； Ｂｅｅｃｈｅｍ 等
［１０］
报道了在制备泡沫炭的前驱体中间相沥青中加入碳纳米纤维．上述方法在初始发泡
工艺中引入了新的前驱体， 这势必影响中间相沥青的发泡过程， 进而在一定程度上改变单一沥青基泡
沫炭的孔隙骨架结构及性能．本文在不改变原始泡沫炭孔隙骨架结构的基础上， 通过用聚碳硅烷
（ＰＣＳ）浸渍－裂解（ＰＩＰ）工艺来增强其机械强度， 并对其增强后的性能进行了测试．
１ 实验部分
１．１ 材料与仪器
泡沫炭的制备采用石油系中间相沥青， 其中间相含量为 １００％， 喹啉不溶物含量为 ８０％ ～９０％，
苯可溶物含量为 ３％ ～５％， 软化点为 ３０５ ℃， 粉碎后过 ８０ 目筛备用．聚碳硅烷（ＰＣＳ）由国防科技大学
新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室合成， 淡黄色固体， 软化点为 ２１７ ～２２７ ℃．二乙烯基
苯（ＤＶＢ）由株洲化工厂生产， 工业纯， 淡黄色透明液体，作为 ＰＣＳ 的溶剂和交联剂
［１１］
．
采用 Ｈｉｔａｃｈｉ Ｓ－３０００Ｎ 扫描电子显微镜观察泡沫炭的孔隙结构．采用日本 Ｄ ／ｍａｘ－２５００Ｘ 型 Ｘ 射线
衍射仪（ＸＲＤ）分析泡沫炭的晶体结构， Ｃｕ 靶（ λ＝０畅１５４０６０ ｎｍ）， ２θ 扫描区间为 １０°～９０°， 步长为
０畅０２°， 扫描速率为６°／ｍｉｎ， 管电压为 ４０ ｋＶ， 管电流为 １２０ ｍＡ．压缩强度采用美特斯工业系统（中国）
有限公司的 ＳＡＮＳ ＣＭＴ５０００ 电子万能试验机测试（ＡＳＴＭ 标准 Ｃ ６９５－８１）， 实验前将样品制成直径
１０ ｍｍ， 高 ２０ ｍｍ 的圆柱体．热导率采用中国科学院理化技术研究所低温重点实验室设计的稳态纵向
热流法测试．
１．２ 泡沫炭的制备
称取一定量中间相沥青粉末放入高温高压反应釜内， 在真空条件下以 １畅５ ℃／ｍｉｎ 的速率升温到
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