[发明专利]一种弹性酚醛气凝胶材料的制备方法及其产品

说明书

本发明公开一种弹性酚醛气凝胶材料的制备方法及其产品，属于气凝胶材料及其制备技术领域。所述方法包括以下步骤：(1)配制包含酚醛树脂、固化剂、有机溶剂的均匀溶液；(2)将所述均匀溶液转移至反应釜内胆中，密闭后置于反应釜中，进行溶胶‑凝胶反应，得到酚醛湿凝胶；(3)将所述酚醛湿凝胶在环境压力，室温下干燥，得到弹性酚醛气凝胶。本发明方法制备成本低，周期短，工艺简单。本发明制得的弹性酚醛气凝胶具有低的导热系数，承受大压缩形变(50％)而不破坏，950℃下的残炭率达到50wt.％以上，综合性能较为优异。

技术领域

本发明涉及气凝胶材料及其制备技术领域，具体涉及一种弹性酚醛气凝胶材料的制备方法及其产品。

背景技术

气凝胶是一种由颗粒相互连接组成的具有连续孔隙三维网络结构的低密度、高比表面积的材料，由于其具有低的导热系数而被广泛用作航空航天领域的隔热材料。气凝胶材料通常分为无机气凝胶和有机气凝胶两大类。无机气凝胶多由醇盐和各种金属氧化物制备所得，常用的氧化硅气凝胶在超过1000℃的高温下易烧结引起收缩、导致结构破坏，从而失去了隔热性能，并且具有明显的脆性断裂的缺点，容易引发灾难性的破坏。有机气凝胶，尤其是酚醛气凝胶中含有大量的碳元素，在800-2500℃下发生碳化过程以及形成的碳化层可以有效地保护内部材料，在大热流环境下其高温防隔热性能明显优于无机气凝胶，但也存在气凝胶固有的脆性问题。因此，发展一种具有弹性特征的有机气凝胶隔热材料，解决目前材料的脆性问题对未来航空航天领域的发展至关重要。

气凝胶制备过程中的关键步骤为利用空气取代湿凝胶内的溶剂。为了保持结构的完整，目前大部分气凝胶采用超临界干燥的方法制备，但存在制备成本高，操作复杂，对设备要求高，规模化生产受限等问题。为了解决上述问题，本发明提出了一种简单可行、不依赖于大成本超临界干燥设备的气凝胶制备方法，直接利用商品化的酚醛树脂，基于溶胶-凝胶反应，采用环境压力干燥的方法，成功制得弹性酚醛气凝胶材料。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种弹性酚醛气凝胶材料的制备方法及其产品。本发明方法制备出的弹性酚醛气凝胶在压缩应变50％下，样品依然可以保持结构完整性，并且具有低导热系数，高温残炭率高等特征。该方法成本低，较大程度地缩短了制备周期，受设备等硬件限制小，工艺简单，具备规模化生产制备前景。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种弹性酚醛气凝胶材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

将酚醛树脂加入有机溶剂中，搅拌，使其溶解，得到酚醛树脂溶液，然后加入固化剂，继续搅拌，得到混合液；将混合液进行溶胶-凝胶反应，得到酚醛湿凝胶；再将酚醛湿凝胶在常温常压下干燥，得到弹性酚醛气凝胶材料；

所述固化剂为六亚甲基四胺(HMTA)。

进一步地，所述酚醛树脂为热固性酚醛树脂、热塑性酚醛树脂、改性酚醛树脂、线形酚醛树脂中的一种或几种。

所述热固性酚醛树脂为热固性THC-400，热固性THC-800，所述改性酚醛树脂为环氧改性酚醛树脂，所述线形酚醛树脂为线型酚醛树脂KT-3520F，所述热塑性酚醛树脂为热塑性SFB树脂。

进一步地，所述有机溶剂为乙醇、丙酮、乙二醇、异丙醇中的一种或几种。有机溶剂根据对酚醛树脂的溶解性、干燥处理后能否完全去除及干燥时样品能否保持完整性进行选择，优选为乙醇。

进一步地，所述搅拌时间为20-40min，所述继续搅拌时间为60-90min。所述搅拌为磁力搅拌。

进一步地，所述酚醛树脂与固化剂的质量比为(4-10)：1。

进一步地，所述酚醛树脂溶液中酚醛树脂体积分数为5-20％。

进一步地，所述溶胶-凝胶反应温度为120-160℃，时间为24h。