專利名稱：：一種增強柔性石墨板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及增強柔性石墨板，具體地說是一種增強柔性石墨板的制備方法，其利用高分子有機物來填充柔性石墨板中的孔隙，以達到機械增強的目的，并可以保持良好的導電性能。
背景技術(shù)：
：柔性石墨是一種軟質(zhì)、疏松多孔的新型石墨材料，它是70年代首先由美國聯(lián)合碳化物公司開發(fā)應用的，于80年代初開始引入我國。它是由天然鱗片石墨經(jīng)插層反應和高溫膨化后壓制而成的。由于柔性石墨除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤滑等優(yōu)良性能以外，還有著天然石墨所沒有的柔軟性、回彈性、低的應力松弛率等。因此，柔性石墨可以廣泛的應用于密封業(yè)、催化、潤滑、醫(yī)藥、環(huán)保、電池材料和化學熱泵等領(lǐng)域。但是柔性石墨的最大不足之處就在于其機械強度低，密度為1.0g/cm3時，強度一般為3.5—5.5MPa。為了提高它的強度，人們采用了很多方法，比如，中國專利93105155.X，介紹了一種以多層柔性石墨板和相間襯入的網(wǎng)狀織物夾層組成的柔性石墨增強密封板的制作方法。該夾層可以是非金屬纖維織物或使金屬絲網(wǎng)，石墨板與網(wǎng)狀夾層各自成軸平行排列在特制的腳架上，邊進料邊對網(wǎng)狀織物夾層涂覆膠粘劑，然后進行熱吹風，一道、二道滾壓，最后巻繞成軸，即成能夠互相嚙合的密封板。又如，日本專利特開昭58—74515中，在1700—300(TC下，將天然鱗片狀石墨置于含硼氣氛中滲硼，在進行加熱膨化，壓制成板材，在密度為1.8g/ci^時，強度為12.6—15.4MPa。此外，中國專利93106402.3介紹了一種兼有化學和復合兩種增強的柔性石墨板的制作方法，將板材放在磷酸、鉬酸、硼酸或其他鹽溶液中浸泡10—120分鐘，自然干燥后，在其上均勻布以有機或無機纖維，然后涂覆粘結(jié)劑，再均勻撒上一層石墨蠕蟲，最后在100—150kg/cn^壓力下對其進行碾壓，再在低于25(TC下烘干，即可得復合柔性石墨板材。利用該工藝，柔性石墨板經(jīng)化學增強后強度變?yōu)?.62~6.9MPa，而復合增強后強度變?yōu)?.5—9MPa。目前的有效的增強方法大都是考慮對柔性石墨骨架進行改性，或者是直接利用復合增強的手段增加其強度，而沒有考慮柔性石墨材料中存在的孔結(jié)構(gòu)問題。而且現(xiàn)有的方法在操作溫度上也有很大的限制，有的滲硼甚至需要上千度的高溫，增加了工藝的難度及損耗。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種增強柔性石墨的制備方法。利用樹脂等粘合劑填堵柔性石墨材料中的孔隙，使樹脂與柔性石墨材料的石墨骨架良好的結(jié)合為一體，從而達到材料機械增強的目的，并且可以保持良好的導電性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種增強柔性石墨板的制備方法，采用加壓浸漬與真空浸漬相結(jié)合的方法，即于柔性石墨板的一側(cè)施以帶壓的高分子聚合物溶液，另一側(cè)抽真空；利用高分子聚合物填充柔性石墨板材的孔隙，揮發(fā)除去浸漬板中的溶劑，浸漬后柔性石墨板增重量為20-120%。所述柔性石墨板密度為0.15—1.3g/cm3，其厚度常為1.5-8mm。所述高分子聚合物溶液為熱塑性樹脂溶液或熱固性樹脂溶液；所述熱塑性樹脂乳液為聚對苯二酸丁二酯(PBT)或氟樹脂乳液，其質(zhì)量濃度為5-30%;，干燥溫度為100-120°C.所述熱固性樹脂溶液為酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂或有機硅樹脂的有機溶液，其溶劑可為乙醇、乙酸乙脂、苯乙烯或丙酮，其質(zhì)量濃度為20-60%;干燥溫度為常溫-100°C;其可采用的專用浸漬裝置進行浸漬操作；所述浸漬裝置為中上部帶有盛液槽、盛液槽上方帶有加壓腔、盛液槽下方設(shè)有真空腔的封閉容器；柔性石墨板置于盛液槽底部，其下設(shè)置有起增強作用的篩孔板，于篩孔板下方的真空腔中部設(shè)置有支撐螺桿；加壓腔通過管路與空壓機相連，真空腔通過管路與真空泵相連；本發(fā)明的增強方法是化學增強，對于不同類型的樹脂其增強方法及工藝的預處理和后續(xù)處理略有不同；具體浸漬步驟如下，(1)配制高分子聚合物溶液或乳濁液針對不同的樹脂選擇合適的溶劑(必要時可以采用多重溶劑)將高分子聚合物溶解，配制成溶液(若分散效果好，亦可配制成乳濁液)；當高分子聚合物為熱塑性樹脂溶液時，其質(zhì)量濃度為5-30%，，所選溶劑為乙酸乙脂、苯乙烯、N,N-二甲基吡咯烷酮、鄰苯二甲酸二甲酯或丙酮；當高分子聚合物為熱固性樹脂時，可以直接采用市售的液體樹脂，若粘度過高，可以利用溶劑稀釋調(diào)變，其質(zhì)量濃度為20-60%,所選溶劑為乙醇、乙酸乙脂、苯乙烯、鄰苯二甲酸二甲酯或丙酮。當高分子聚合物為熱固性樹脂時，于熱固性樹脂溶液中可添加質(zhì)量濃度1—5%的固化劑，所述固化劑為脂肪胺、酸酐、過氧化苯甲酰、過氧化甲乙酮、環(huán)垸酸鈷或多元硅酸脂。(2)將市售的厚度為1.5—8mm的柔性石墨板切割成適當?shù)某叽?，裝入浸漬裝置中，并進行密封；(3)將高分子聚合物溶液或乳濁液加入到盛液槽中；(4)于加壓腔中通入氣體，使加壓腔中的壓力保持在0.1—0.3MPa;對浸漬裝置的真空腔進行抽真空處理，使其真空度為-0.02—-O.lMPa;(5)保持上述的狀態(tài)5—300min，即可將浸漬好的柔性石墨板取出；(6)后續(xù)烘干處理當高分子聚合物為熱塑性樹脂溶液時，浸漬后的柔性石墨板于60—12(TC烘干，再進行壓制，壓力為1—30kgf/cm2;當高分子聚合物為熱固性樹脂時，浸漬后的柔性石墨板于30—6(TC預烘干0.5—3h，再進行壓制，壓力為l一30kgf/cm2，最后將板于80—120°C下烘干。本發(fā)明的具有如優(yōu)點1、本發(fā)明所用的浸漬方法，不僅利用樹脂的濃度差作為浸漬動力，還加入了壓力差的作用，縮短了浸漬時間，增強了浸漬效果；2、本發(fā)明的增強過程降低了工藝的操作溫度，簡化了工藝。3、本發(fā)明所對于質(zhì)量濃度高的樹脂溶液也適用，一些市售的樹脂可不經(jīng)稀釋直接使用，降低了對樹脂粘度的要求，并且減少溶劑的用量，既降低了成本，也減少了對環(huán)境的污染；4、本發(fā)明通過填堵柔性石墨孔隙的方法既可以增強材料的機械強度，又可以保持良好的導電性能，為柔性石墨的增強開辟了一條新思路。圖1為本發(fā)明浸漬流程圖2為本發(fā)明浸漬裝置(4)結(jié)構(gòu)示意圖中標號l為空壓機，2為減壓閥，3為壓力表，4為專用浸漬裝置，5為真空表，6為開關(guān)閥，7為緩沖罐，8為真空泵，9為加壓腔，10為密封材料，ll為盛液槽，12為篩孔板，13為真空腔，14為支撐螺桿。具體實施例方式本發(fā)明可采用專用浸漬裝置4進行浸漬操作；所述浸漬裝置4為中上部帶有盛液槽11，盛液槽11上方帶有加壓腔9，盛液槽11下方設(shè)有真空腔13的封閉容器；柔性石墨板置于盛液槽ll底部，其下設(shè)置有起增強作用的篩孔板12，于篩孔板12下方的真空腔13中部設(shè)置有支撐螺桿14;加壓腔9通過管路與空壓機1相連，真空腔13通過管路與真空泵8相連。實施例l選用山東產(chǎn)柔性石墨板為基材，熱塑性PBT樹脂(江蘇儀化集團公司)為填充材料。將粒料狀的PBT樹脂溶解于四氯乙垸/苯酚混合溶劑中，其配比為每10ml混合溶劑中含lgPBT(質(zhì)量分數(shù)7.5%)。將切割后的7mm厚柔性石墨板裝入浸漬裝置4中，密封好，并將樹脂溶液加入裝置盛液槽11內(nèi)，密封后，將加壓腔9加壓至0.2MPa，真空腔13抽真空至-0.1MPa，浸漬0.5h，于6(TC烘12h。利用平板油壓機壓制，壓制壓力由1一12kgf/cm2逐漸上升，最終密度為0.73g/cm3。將制得的板材按GB/T13465.2—92測試抗彎強度，并測量其體電阻。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例2:其它操作條件同實施例l，加壓腔9壓力改為O.lMPa，浸漬時間改為浸漬lh，制得板的最終密度為1.71g/cm3。將制得的板材按GB/T13465.2^92測試抗彎強度，并測量其體電阻。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例3:其它操作條件同實施例1，浸漬時間改為浸漬4h，制得板的最終密度為1.23g/cm3。將制得的板材按GB/T13465.2—92測試抗彎強度，并測量其體電阻。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例4:選用山東產(chǎn)柔性石墨板為基材，熱固性乙烯基酯樹脂(上海昭和高分子有限公司)為填充材料。將1%(質(zhì)量分數(shù))的過氧化苯甲酰溶解于乙烯基酯樹脂中作為固化劑。將切割后的7mm柔性石墨板裝入浸漬裝置4中，密封好，并將液體樹脂加入裝置的盛液槽11，密封后，將加壓腔9加壓至0.2MPa，真空腔13抽真空至-O.lMPa，浸漬0.5h后，于60"C預烘2h。再利用平板油壓機壓制，壓制壓力由l一25kgf/cn^逐漸上升，最終密度為0.63g/cm3。將制得的板材按GB/T13465.2—92測試抗彎強度，并測量其體電阻。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由此可以看出，經(jīng)過此種方法增強的柔性石墨材料比普通柔性石墨材料相比，抗彎強度有著很大的提高，同時又可以有著與同一厚度的原始基材相近或是略大的體電阻。即此種方法可以在不過度損失原材料的導電性能的前提下，提高其機械強度，并取消了許多高溫操作，簡化了工藝。權(quán)利要求1、一種增強柔性石墨板的制備方法，其特征在于采用加壓浸漬與真空浸漬相結(jié)合的方法，即于柔性石墨板的一側(cè)施以帶壓的高分子聚合物溶液，另一側(cè)抽真空；利用高分子聚合物填充柔性石墨板材的孔隙，揮發(fā)除去浸漬板中的溶劑，浸漬后柔性石墨板增重量為20-120％。2.按照權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所述柔性石墨板密度為0.15—1.3g/cm3，其厚度常為1.5-8mm。3.按照權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所述高分子聚合物溶液為熱塑性樹脂溶液或熱固性樹脂溶液；所述熱塑性樹脂乳液為聚對苯二酸丁二酯或氟樹脂乳液，其質(zhì)量濃度為5-30%;干燥溫度為100-120°C.所述熱固性樹脂溶液為酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂或有機硅樹脂的有機溶液，其溶劑可為乙醇、乙酸乙脂、苯乙烯或丙酮，其質(zhì)量濃度為20-60%;干燥溫度為常溫-100。C。4.按照權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于其采用專用的浸漬裝置(4)進行浸漬操作；所述浸漬裝置(4)為中上部帶有盛液槽(11)、盛液槽(11)上方帶有加壓腔(9)、盛液槽(11)下方設(shè)有真空腔(13)的封閉容器；柔性石墨板置于盛液槽(11)底部，其下設(shè)置有起增強作用的篩孔板(12)，于篩孔板(12)下方的真空腔(13)中部設(shè)置有支撐螺桿(14);加壓腔(9)通過管路與空壓機(1)相連，真空腔(13)通過管路與真空泵(8)相連；具體浸漬步驟如下，1)配制高分子聚合物溶液或乳濁液當高分子聚合物為熱塑性樹脂溶液時，其質(zhì)量濃度為5-30%，，所選溶劑為乙酸乙脂、苯乙烯、N,N-二甲基吡咯垸酮、鄰苯二甲酸二甲酯或丙酮；當高分子聚合物為熱固性樹脂時，其質(zhì)量濃度為20-60%，所選溶劑乙醇、乙酸乙脂、苯乙烯、鄰苯二甲酸二甲酯或丙酮；2)將市售的厚度為1.5—8mm的柔性石墨板切割成適當?shù)某叽?，裝入浸漬裝置(4)中，并進行密封；3)將高分子聚合物溶液或乳濁液加入到盛液槽(11)中；4)于加壓腔(9)中通入氣體，使加壓腔(9)中的壓力保持在0.1—0.3MPa;對浸漬裝置(4)的真空腔(13)進行抽真空處理，使其真空度為-0.02-0.1MPa;5)保持上述4)的狀態(tài)5-300min，即可將浸漬好的柔性石墨板取出；6)當高分子聚合物為熱塑性樹脂溶液時，浸漬后的柔性石墨板于60—120。C烘3-6h，再進行壓制，壓力為l一30kgf/cm2;當高分子聚合物為熱固性樹脂時，浸漬后的柔性石墨板于30—6(TC預烘干0.5—3h，再進行壓制，壓力為1—30kgf/cm2，最后將板于80—12(TC下固化。5.按照權(quán)利要求4所述制備方法，其特征在于當高分子聚合物為熱固性樹脂時，于熱固性樹脂溶液中可添加質(zhì)量濃度1—5%的固化劑，所述固化劑為脂肪胺、酸酐、過氧化苯甲酰、過氧化甲乙酮、環(huán)烷酸鈷或多元硅酸脂。全文摘要本發(fā)明涉及增強柔性石墨板，具體地說是一種增強柔性石墨板的制備方法，采用加壓浸漬與真空浸漬相結(jié)合的方法，即于柔性石墨板的一側(cè)施以帶壓的高分子聚合物溶液，另一側(cè)抽真空；利用高分子聚合物填充柔性石墨板材的孔隙，揮發(fā)除去浸漬板中的溶劑，浸漬后柔性石墨板增重量為20-120％。本發(fā)明將高分子聚合物填充至柔性石墨板的孔隙中，增強了柔性石墨板的機械強度，可提高40-400％，且仍可以保持良好的導電性能。利用自行設(shè)計的裝置，簡化了浸漬工藝，降低了成本。文檔編號C04B41/48GK101381244SQ20071001271公開日2009年3月11日申請日期2007年9月5日優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日發(fā)明者明平文,超杜,洪有陸,衣寶廉,邵志剛申請人:中國科學院大連化學物理研究所