полимерная композиция для пористых углеродных изделий

Формула изобретения

Полимерная композиция для пористых углеродных изделий, содержащая пульвербакелит на основе феноло-формальдегидной смолы, отвержденную феноло-формальдегидную смолу, смазку и металлоорганический комплекс, отличающаяся тем, что в качестве металлоорганического комплекса композиция содержит фенантролиновый комплекс палладия общей формулы PhenPd(OAc)₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пульвербакелит	27,0-27,6
Отвержденная феноло-формальдегидная смола	52,3-66,2
Комплекс палладия	3,8-17,5
Смазка	2,4-3,0

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства полимерного материала, который может быть использован для изготовления пористых углеродных изделий конструкционного назначения.

Известна полимерная композиция для пористых углеродных изделий на основе расплавленного каменноугольного пека и терморасширенного графита, взятых в количествах соответственно 80-92 и 8-20 мас.%, из которой получают пористые углеродные (обожженные) изделия с кажущейся плотностью 1,2 г/см ³ и пределом прочности при сжатии 23-25 МПа, что соответствует удельной прочности при сжатии 19-21 МПа/(г/см³). (Патент РФ №2134656, БИ №23, 20.08.99. Состав и способ изготовления шихты для изготовления углеродного материала. С 01 В 31/02.)

Недостатком известного решения является относительно низкая удельная прочность получаемых пористых углеродных изделий и сложная технология изготовления, требующая применения механической обработки заготовок.

Известна полимерная композиция для пористых углеродных изделий на основе пульвербакелита и наполнителя, в качестве которого применяют искусственный графит в виде порошков узких фракций в количестве 80-85 мас.%. (Г.М.Бутырин. Высокопористые углеродные материалы. М., Химия, 1976. С.103-114). При пористости 27% такие изделия обладают удельной прочностью 24,4 МПа/(г/см³ ).

Недостатком известной композиции является относительно низкая удельная прочность получаемых пористых углеродных изделий, что ограничивает возможность их применения в условиях повышенных нагрузок.

Наиболее близкой по технической сущности является полимерная композиция для пористых углеродных изделий на основе пульвербакелита, отвержденной феноло-формальдегидной смолы, смазки и металлоорганического комплекса, в качестве которого применяют комплекс ванадия общей формулы VO(С₃₆Н₄₉ O₅N₂), образующийся при извлечении ванадия из сбросных технологических растворов переработки передельных шлаков черной металургии и представляющий собой порошок продукта взаимодействия метаванадата натрия и бисаминофеноло-формальдегидного олигомера при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пульвербакелит	36-43,8
Отвержденная фенолоформальдегидная
смола	36-43,8
Комплекс ванадия	10-25
Смазка	2,4-3,0

Полимерную композицию и изделия из нее готовят известными приемами, принятыми в производстве фенопластов и изделий из них. Пористые углеродные изделия получают путем карбонизации изделий из ПК известным способом. Свойства известной композиции приведены в таблице. (Авторская заявка №2003105192/04 (005411) Полимерная композиция для пористых углеродных изделий. С 01 В 31/02. Решение о выдаче патента от 13.10.2004 г.)

Недостатком известного решения является относительно низкая удельная прочность получаемых пористых углеродных изделий.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение удельной прочности изделий из пористого углерода.

Данный технический результат достигается тем, что полимерная композиция для пористых углеродных изделий содержит пульвербакелит на основе феноло-формальдегидной смолы, отвержденную фенолоформальдегидную смолу, смазку и в качестве металлоорганического комплекса - фенантролиновый комплекс палладия общей формулы PhenPd(OAc)₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пульвербакелит	27,0-27,6
Отвержденная фенолоформальдегидная
смола	52,3-66,2
Комплекс палладия	3,8-17,5
Смазка	2,4-3,0

Пульвербакелит является стандартным связующим, представляющим собой тонкоизмельченную смесь новолачной фенолоформальдегидной смолы СФ-011 с уротропином, выпускаемым промышленностью по ТУ 6-5-1370-90 «Связующее фенольное порошкообразное».

Отвержденная фенолоформальдегидная смола является стандартным наполнителем, она представляет собой твердый неплавкий порошок пространственно сшитого густосетчатого полимера, который получают путем нагревания резольной смолы или смеси новолачной смолы с отвердителем, например, уротропином или пароформом, и последующим измельчением.

Фенантролиновый комплекс палладия общей формулы PhenPd(OAc) ₂ представляет собой порошок, в котором палладий находится в стабилизированном лигандной оболочкой наноразмерном состоянии. (B.Milani, E.Alessio, G.Mestroni, A.Sommazzi, F.Garbassi, E.Zangrando, N.Bresciam-Pahor, L.Randaccio. Journal Chemical Society Dalton Transaction, p.1903, 1994). Ниже приведена структурная формула фенантролинового комплекса палладия:

Полимерную композицию и изделия из ПК готовят известными приемами, принятыми в производстве фенопластов и изделий из них.

Пористые углеродные изделия получают путем карбонизации изделий из ПК известным способом.

Применение предлагаемых наполнителей обеспечивает получение равномерно сшитой структуры фенолоформальдегидной смолы во всем объеме прессованных изделий, благодаря чему при карбонизации формируется мелкопористая однородная структура углерода с размером пор 2-5 мкм. Частицы фенантролинового комплекса палладия при этом превращаются в наноразмерные частицы палладия, объемно упрочняющие пористый углерод, что позволяет повысить удельную прочность при сжатии пористого углерода в 1,6-2,1 раза при сохранении пористости на уровне прототипа.

Пример 1. 28,0 г пульвербакелита, 67,6 г отвержденной фенолоформальдегидной смолы, 2,4 г комплекса палладия и 2,0 г стеарата цинка загружают в шаровую мельницу, смешивают 30 мин, смесь вальцуют при 130-140°С, измельчают, просеивают через сито №1. Из полученного пресс-порошка прессуют изделия методом компрессионного прессования при 160°С в течение 10 мин при давлении 10 МПа.

Отпрессованные изделия из ПК нагревают с целью карбонизации. Свойства полученного пористого углерода приведены в таблице.

Примеры 2-7 выполняют, как описано выше, с тем отличием, что составы ПК берут в количествах, указанных в таблице.

Полимерные наполнители в сочетании с пульвербакелитом при термообработке обеспечивают формирование в изделиях структуры неграфитирующегося углерода, что в случае применения при высоких температурах исключает изменение структуры углерода и нежелательное изменение механических и теплофизических свойств изделий.

Конгруэнтная усадка при термообработке изделий из предлагаемой полимерной композиции позволяет формовать изделия сложной конфигурации без механической обработки.

Таким образом, предлагаемая полимерная композиция позволяет получать пористые углеродные изделия с повышенной в 1,6-2,1 раза удельной прочностью при сжатии, обладающие устойчивой структурой при длительной работе в условиях повышенных температур при одинаковом с прототипом уровне пористости.

Таблица
Показатели	Примеры							Прототип
	1	2	3	4	5	6	7
1. Состав ПК, мас.%
- пульвербакелит	28,0	27,6	27,0	27,4	27,4	27,4	26,8	36-43,8
- отвержденная феноло-формальдегидная смола	67,6	66,2	64,3	62,4	58,6	52,3	51,5	36-43,8
- комплекс ванадия	-	-	-	-	-	-	-	10-25
- комплекс палладия	2,4	3,8	5,7	7,6	11,4	17,5	18,5	-
- смазка	2,0	2,4*	3,0	2,6**	2,6	2,8	3,2	2,4-3,0
2. Свойства углерода: Плотность, г/см 3
- кажущаяся	0,95	0,97	1,09	1,15	1,18	0,99	0,95	0,95-1,1
- истинная	1,8	1,81	1,83	1,84	1,87	1,90	1,92	1,72-1,75
Пористость, %	47,2	46,4	40,3	37,5	37,0	47,9	50,5	36,8-44,8
Удельная прочность при сжатии,
МПа/(г/см3 )	36,7	63,0	65,0	69,6	90,8	60,7	50,1	30-55,5
Содержание палладия, мас.%	1,1	1,75	2,63	3,51	5,26	8,07	8,53	-
Примечание: * - смазка - стеариновая кислота, ** - смазка - олеиновая кислота, в остальных примерах смазка - стеарат цинка.