以間苯二酚-甲醛為前驅(qū)體、噴霧干燥法可規(guī)模制備出中孔炭微球,進(jìn)一步采用聚乙烯醇對(duì)其進(jìn)行表面致密化處理,再與酚醛樹(shù)脂熱壓成型得到中孔炭微球/酚醛樹(shù)脂復(fù)合材料,系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的力學(xué)性能及介電性能。結(jié)果表明,所制炭微球具有較窄的粒徑分布（1¹0μm）、發(fā)達(dá)的中孔孔隙（孔容>3.0 cm³/g）。經(jīng)表面包覆后,中孔炭微球表面致密,形成類(lèi)"蛋殼"結(jié)構(gòu)。當(dāng)用于復(fù)合材料填料（0¹0%）時(shí),能有效的降低復(fù)合材料的密度（1.36g/cm³至1.12 g/cm³）,并顯著提升復(fù)合材料的力學(xué)性能（壓縮強(qiáng)度由106MPa增加至168MPa）;在102¹07Hz頻率下,復(fù)合材料的介電常數(shù)隨著炭微球添加量的增加逐漸提高,由4.0³.6提高至10.4⁹.1。結(jié)果表明,中孔炭微球可作為新一類(lèi)多功能填料,在降低復(fù)合材料密度的同時(shí)增加力學(xué)性能,并在較寬頻率下具備高的介電性能,具有優(yōu)異的低密度吸波基體材料的應(yīng)用潛力。 

【文章來(lái)源】：新型炭材料. 2016,31(03)北大核心EISCICSCD

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【部分圖文】：

噴霧干燥法制備中孔炭微球流程示意圖

IV類(lèi)曲線，存在明顯的滯后環(huán)，表明材料中存在大量中孔。由氮?dú)饷摳降葴鼐�的BJH孔徑分布曲線可以看出中孔炭微球孔徑是狹窄的單峰分布，得到的平均孔徑為6．0nm。中孔炭微球具有較大的孔容，因此使其具有較低的密度，以滿足輕質(zhì)材料的使用要求，其物構(gòu)參數(shù)如表1所示。圖1噴霧干燥法制備中孔炭微球流程示意圖Fig．1FormationprocessoftheMCMsusingthegeneralspraydryingstrategy．圖2(a)中孔炭微球形貌及其粒徑分布圖，(b)氮?dú)馕摳降葴鼐�及BJH孔徑分布圖Fig．2(a)SEMimageofMCMsandtheparticlesizedistributionofMCMs，(b)N2adsorption-desorptionisothermsofMCMsandtheirBJHporesizedistributioncurve．表1中孔炭微球結(jié)構(gòu)參數(shù)Table1StructureparametersofMCMsVtotalaDBJHbBulkdensityParticlesizedistributionc3．1cm3/g6．0nm0．31g/cm31-10μmNote:a:Totalporevolume;b:BJHdesorptionaverageporediameter;c:measuredusingDSLmeasurement．3．2表面處理后中孔炭微球結(jié)構(gòu)特征因中孔炭微球表面存在孔洞，為阻止在復(fù)合過(guò)程中酚醛樹(shù)脂溶液進(jìn)入微球堵塞內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而造成減重效果降低，故使用聚乙烯醇溶液對(duì)中孔炭微球進(jìn)行了表面包覆。如圖3(a)，(b)所示，包覆前的中孔炭微球表面較為粗糙，且存在較多明顯的孔洞，圖3(c)所示顯示微球內(nèi)部存在發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)聚乙烯醇包覆的中孔炭微球表面光滑，聚乙烯醇膜可以有效覆蓋微球表面孔洞，形成類(lèi)“蛋殼”結(jié)構(gòu)，如圖3(d)，(e)所示。通過(guò)圖3(f)所示TEM圖可以看出，包覆后的中孔炭微球內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化，說(shuō)明聚乙烯醇只是在微球表面成膜包覆，并未進(jìn)入到微球內(nèi)部，類(lèi)“蛋殼”結(jié)構(gòu)較好地保護(hù)了微球內(nèi)部的孔道結(jié)構(gòu)，

圖3聚乙烯醇包覆前后中孔炭微球SEM及TEM照片，(a)，(b)包覆前SEM照片，(c)包覆前TEM照片，(d)，(e)包覆后SEM照片，(f)包覆后TEM照片F(xiàn)ig．3SEMandTEMimagesofMCMsbeforeandaftercoatingwithPVA，(a)，(b)SEMimagesbeforecoating，(c)TEMimagebeforecoating，(d)，(e)SEMimagesaftercoatingand(f)TEMimageaftercoating．圖4不同中孔炭微球添加量復(fù)合材料的密度Fig．4ThedensityofcompositeswithdifferentcontentsofMCMs．對(duì)不同微球添加量復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了表征，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示。純樹(shù)脂基體的壓縮強(qiáng)度為106MPa(表2)，隨著中孔炭微球添加量的增加，樹(shù)脂基體力學(xué)性能得到較大改善。1%中孔炭微球添加量的復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度提高到了122MPa，隨著添加量進(jìn)一步增加到5%，復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度提高到了168MPa，當(dāng)添加量為10%時(shí)，復(fù)合材料強(qiáng)度略微下降到163MPa。同時(shí)復(fù)合材料的楊氏模量隨著中孔炭微球的加入逐漸減小，意味著材料韌性的提高。這是由于加入的中孔炭微球均勻地分散在樹(shù)脂基體中，受到壓縮時(shí)可以有效地分散應(yīng)力，增加其抗壓強(qiáng)度。而過(guò)多的微球添加量可能會(huì)造成局部中孔炭微球聚集，使微球之間失去連續(xù)的樹(shù)脂基體，相當(dāng)于給樹(shù)脂引入了缺陷，造成了復(fù)合材料強(qiáng)度的略微降低。同時(shí)，微球與樹(shù)脂的界面粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)度有較大影響，表面包覆的聚乙烯醇具有較多官能團(tuán)，可增強(qiáng)與樹(shù)脂基體的結(jié)合能力，使復(fù)合材料保持較高強(qiáng)度。圖5不同炭微球添加量復(fù)合材料的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變圖Fig．5Thecompressivestrain-stresscurvesofcompositeswithdifferentcontentsofMCMs．·304·新型炭材料第31卷

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多孔碳的制備及HMTA對(duì)其微波介電性能的影響[J]. 王妍,楊子,黃云霞,黃民松,緣依依,陳盼.  電子科技. 2015(04)
[2]螺旋形炭纖維的吸波性能(英文)[J]. 沈曾民,戈敏,趙東林.  新型炭材料. 2005(04)



本文編號(hào)：3284880