凝膠注模成型結(jié)合物理發(fā)泡制備碳泡沫及其性能研究.pdf

1、由于制備工藝及碳源的多樣性，碳泡沫材料可以表現(xiàn)出許多優(yōu)異的物理性能，能夠被廣泛的應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如高溫?zé)峥夭牧稀⑽讲牧?、電極材料、航空航天等。而基于目前低成本蔗糖基碳泡沫的研究，本文提出了采用蔗糖/凝膠丙烯酰胺水凝膠復(fù)合體系為碳源，利用十二烷基硫酸鈉（SDS）為改性劑，通過其熱聚合反應(yīng)制備出高殘?zhí)苛康目紫毒鶆蛱寂菽?，研究了整個制備過程中的合成機(jī)理，探討了工藝參數(shù)對其結(jié)構(gòu)的影響，并建立了其孔隙結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。
　　首先，本文

2、研究了蔗糖/丙烯酰胺水凝膠基碳泡沫的合成機(jī)理，探討了制備工藝對發(fā)泡過程、熱聚合過程的影響。結(jié)果表明：在 SDS的改性作用下，可以得到尺寸均勻統(tǒng)一的小孔徑發(fā)泡體系（小于100μm）；隨著發(fā)泡速度的增加，發(fā)泡體系的發(fā)泡量及粘度明顯提高，當(dāng)發(fā)泡速度為1500r/min時，泡沫具有最穩(wěn)定均勻的尺寸及性能。通過蔗糖/丙烯酰胺水凝膠的熱聚合過程，能夠顯著提高碳泡沫的殘?zhí)苛浚?7.87~31.09wt.％）；而隨著蔗糖含量的增加，熱聚合反應(yīng)程度先增加

3、后趨于飽和，這主要跟反應(yīng)的丙烯酰胺水凝膠有關(guān)，并且更高的熱聚合程度是有利于提高碳泡沫的有序程度。
　　其次，本文研究了組分含量（蔗糖及SDS）對碳泡沫孔隙結(jié)構(gòu)的影響，并且建立了孔結(jié)構(gòu)與其密度之間的關(guān)系。結(jié)果表明：通過組分含量的調(diào)節(jié)，其孔徑尺寸能被控制在5.92~23.48μm范圍內(nèi)；隨著蔗糖及SDS含量的增加，碳泡沫的孔徑尺寸逐漸減小，孔徑分布趨于集中，導(dǎo)致了密度（0.17~0.93g/cm3）及孔隙率（53.57%~91.49%

4、）的變化。隨著蔗糖含量的增加，碳泡沫的密度隨之先增大后減小，跟熱聚合過程中形成的孔壁結(jié)構(gòu)有關(guān)；當(dāng) SDS含量為2wt.%時，體系具有最佳的發(fā)泡效果，碳泡沫獲得最高的孔隙率。
　　本論文還研究了組分含量對碳泡沫性能的影響，并且建立了孔結(jié)構(gòu)與其各方面性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明：當(dāng)蔗糖含量為55wt.%和SDS含量為3wt.%時，碳泡沫具有最小的孔徑尺寸和最厚的孔壁尺寸，表現(xiàn)出最高的力學(xué)強(qiáng)度（107.97MPa），所制備出的碳泡沫在密度為