一种低热失重高纯可膨胀石墨及其制备方法

专利名称：一种低热失重高纯可膨胀石墨及其制备方法
技术领域：
本发明高分子功能材料制备技术领域，具体涉及一种低热失重高纯可膨胀石墨及 其制备方法。
背景技术：
现有可膨胀石墨制作方法有以下几种一是采用烧碱对大鳞片石墨进行加温干 炒，水洗提纯，然后通过硫酸和双氧水对石墨进行酸化处理，制成的可膨胀石墨，属称酸碱 法；二是采用氢氟酸对石墨提纯处理，然后采用硫酸和高锰酸钾制作成可膨胀石墨，还有采 用硫酸和高氯酸制成可膨胀石墨，统称纯酸法；三是主要采用硝酸对石墨进行提纯和酸化 处理，制成可膨胀石墨。采用以上这几种所生产的可膨胀石墨都有一个共同的技术优点，就是打开了石墨 的层键，使鳞片石墨所具有膨胀性的物理特征得到了发挥和应用。但是当使用者把以上三 种方法制作的可膨胀石墨经过进一步加工，制成密封制品用在高温密封时，第一种方式生 产的可膨胀石墨，由于硫含量和氯含量高，对密封金属有腐蚀性而影响密封效果；第二种方 式生产的可膨胀石墨，由于氟含量高，仍然对密封金属有腐蚀性作用，具有很大的破坏性， 同样影响密封效果；第三种方式生产的可膨胀石墨，已克服前两种方式生产的可膨胀石墨 的缺点，减少了氯、氟、硫对密封金属的腐蚀性，是目前较为理想的用作密封的石墨产品。现有的技术水平生产的可膨胀石墨，都有一个共同缺点，那就是密封件在耐高温 密封时，热失重急剧增大，导致使用时间短、密封效果差、耐高温能力低，一般只在600°C以 下使用。如果现有技术生产的石墨纸采用欧美标准670 0C检测热失重是45-55%，相比之下， 现有技术的同类产品存在着耐高温能力差，使用寿命短的问题。相关可膨胀石墨的专利申请主要有1、可膨胀石墨的制法，专利申请号 92108908. 2 ；2、一种无硫低灰高纯膨胀石墨的制备方法，专利号03122338. 9。以上资料显示的均是前面所介绍的三种可膨胀石墨的制备方法，主要技术优势都 是集中在如何对石墨提纯及酸化处理。在这个过程中，两项发明分别把如何降低硫、氟、氯 的含量作为研究开发克服可膨胀石墨中腐蚀元素最重要的技术方向。除此之外，并没有对 密封中的石墨碳进行有效保护的探讨和研究，因此现有技术制作的可膨胀石墨，通过再次 加工，制成密封制品用作高温密封时，随着密封环境温度不断升高，密封制品的热失重急剧 增大，主要的原因是未有一例采用对用于密封制品中石墨碳实施技术保护方面的研究。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种的纯度高，由于硫含量和氯含量低，含有磷 和和钼的低热失重可膨胀石墨。本发明的目的是这样实现的一种低热失重高纯可膨胀石墨，石墨中各物质含量 以质量百分比计为碳 99-99. 5% ；磷 0. 04-0. 36% ；钼 0. 015 — 0. 04% ；硫 0. 05-0. 08%,余量 为杂质。
一种低热失重高纯可膨胀石墨的方法，将可膨胀石墨置于烘干槽内，使每粒石墨 均勻受热，当可膨胀石墨的水分降至0. 5-1%时，按石墨质量的0. 4-1.洲均勻喷洒磷酸钠溶 液，待磷酸钠溶液均勻分布在石墨粒上后，继续搅拌，再将石墨质量的0. 2-0. 6%的钼酸钠 溶液喷洒在石墨粒上，搅拌均勻，存放后得到低热失重高纯可膨胀石墨。所述的磷酸钠溶液和钼酸钠溶液以质量百分比浓度计为50 - 54%.烘干槽内温度在25 - ;35°C之间。本发明具有以下有益效果
1、热失重低热失重是衡量密封材料在耐特种高温的能力和最终的使用寿命的最重 要的指标。热失重越低，说明密封制品耐高温能力就越强，使用寿命就越长。反之，热失重 越高，说明耐高温能力下降，使用寿命越短，密封效果就越差。通过本发明得到的可膨胀 石墨，在670°C条件下检测热失重为1_8%，而现有技术在相同条件下检测得到的热失重为 45-55%，远大于本发明的产品。(检测热失重指标标准本发明是在美国及欧洲标准650°C的 基础上按国际特种行业标准670°C标准检测。我国国标是600°C检测，其名称也不相同，我 国为耐温失量)。2、适用温度范围广现有技术得到的产品耐高温的能力较低，只能使用于600°C 以下的环境中；本发明的耐高温范围为600-3000°C，在此温度下的密封环境中能够正常使 用。本方案生产的密封制品，实施650°C以上高温密封时，本发明对可膨胀石墨添加融合、元 素配置的两种物质成份，提前与正在行施密封制品环境中的氧发生反应，对石墨碳实施有 效保护，从而延缓石墨碳在耐特温时被氧化的时间和速度，本发明的实施极大提高了石墨 碳起始被氧化温度，推迟密封过程中被氧化的时间和速度。3、产品导热率高导热率越高，越能够快速传导热能，延长产品的使用寿命。现 有技术得到的产品其截面导热率为一般为4. 4-5. lw/mk，本发明得到的产品导热率在 250-300w/mk之间，远高于现有技术。
具体实施例方式本发明的原理如下通过降低石墨密封材料的热失重，对石墨中的碳元素在特高 温条件进行有效保护，延缓被高温氧化的起始时间。在现有技术水平制作的可膨胀石墨的 基础上，实施添加融合两种新元素，即磷酸钠和钼酸钠。当产品在进行后续进一步深加工 时，通过高温作用实现元素置换，然后使新增加物质成份保留在石墨的层键之中和石墨粒 子表面上，待最后产品行使高温密封时，对密封中的石墨碳实施有效保护。磷酸钠的高温固熔起始点是620°C -1250 °C ；钼酸钠的起始固熔温度是 6800C -1450°C，本发明就是根据以上两种物质温熔特点，将其添加融入高纯可膨胀石墨表 面粒及层键中，待本发明的最终产品在实施特高温密封时，新增加的两种物质成份在特高 温时提前与密封环境中的氧发生反应，对石墨碳起到保护作用。当密封环境高温在1500°C 以上时，石墨碳就在真空无氧环境状态下发挥石墨碳所特有的高温密封功能得到进一步显 现。因此，本发明产品能够实现耐特高温3000°C以上的密封作用。本发明通过对现有技术生产的可膨胀石墨中按比例分段进行添加融合磷酸钠和 钼酸钠，形成新的可膨胀鳞片石墨，即“低热失重高纯可膨胀石墨”，当本发明的低热失重高 纯可膨胀石墨在进入下一步生产工序，即通过960°C -1020°C高温膨化、压延时，本发明对已融合的两种物质，就会在960°C -1020°C膨胀温度的条件下，自然实施元素置换和新的元 素配置，原有石墨中的氯、硫、氟成份被高温和新物质的置换作用而有效的挥发出去。实施例1 将可膨胀石墨置于烘干槽内，烘干槽的温度控制在25°C，使每粒石墨 均勻受热，当可膨胀石墨的水分降至0. 5-1%时，按石墨质量的0. 4%均勻喷洒质量百分比 浓度为54%磷酸钠溶液，待磷酸钠溶液均勻分布在石墨粒上后，继续搅拌，再将石墨质量的 0. 2%，质量百分比浓度为的钼酸钠溶液喷洒在石墨粒上，搅拌均勻，旋转搅拌的速度， 以不损伤石墨鳞片为准，搅拌完成后，在塑料地膜中存放12-16小时，存放时尽量保持封 闭，存放后得到低热失重高纯可膨胀石墨。得到的可膨胀石墨中，含碳99. 5% ；磷0. 36% ；钼0. 04% ；硫0. 08% ；余量为钠等杂 质，产品的热失重670°C检测为8%。实施例2:将可膨胀石墨置于烘干槽内，烘干槽的温度控制在30°C，使每粒石墨 均勻受热，当可膨胀石墨的水分降至0. 5-1%时，按石墨质量的0. 8%均勻喷洒质量百分比 浓度为5 磷酸钠溶液，待磷酸钠溶液均勻分布在石墨粒上后，继续搅拌，再将石墨质量的 0. 4%的质量百分比浓度为50%钼酸钠溶液喷洒在石墨粒上，搅拌均勻，旋转搅拌的速度，以 不损伤石墨鳞片为准，搅拌完成后，在塑料地膜中存放12-16小时，存放时尽量保持封闭， 存放后得到低热失重高纯可膨胀石墨。得到的可膨胀石墨中，含碳99. 3% ；磷0. 38% ；钼0. 03% ；硫0. 06%。产品的热失重 670°C检测为5%。实施例3 将可膨胀石墨置于烘干槽内，烘干槽的温度控制在35°C，使每粒石墨均 勻受热，当可膨胀石墨的水分降至1%时，按石墨质量的1. 均勻喷洒质量百分比浓度为 50%磷酸钠溶液，待磷酸钠溶液均勻分布在石墨粒上后，继续搅拌，再将石墨质量的0. 6%的 质量百分比浓度为50%钼酸钠溶液喷洒在石墨粒上，搅拌均勻，旋转搅拌的速度，以不损伤 石墨鳞片为准，搅拌完成后，在塑料地膜中存放12-16小时，存放时尽量保持封闭，存放后 得到低热失重高纯可膨胀石墨。得到的可膨胀石墨中，含碳99. 1% ；磷0. 04% ；钼0. 015% ；硫0. 05% ；余量为钠等杂 质。产品热失重670°C检测为洲。
权利要求
1. 一种低热失重高纯可膨胀石墨，其特征在于石墨中各物质含量以质量百分比计 为碳 99-99. 5% ；磷 0. 04-0. 36% ；钼 0. 015 — 0. 04% ；硫 0. 05-0. 08%，余量为杂质。
2. 一种低热失重高纯可膨胀石墨的方法，其特征在于将可膨胀石墨置于烘干槽内， 使每粒石墨均勻受热，当可膨胀石墨的水分降至0. 5-1%时，按石墨质量的0. 4-1.洲均勻喷 洒磷酸钠溶液，待磷酸钠溶液均勻分布在石墨粒上后，继续搅拌，再将石墨质量的0. 2-0. 6% 的钼酸钠溶液喷洒在石墨粒上，搅拌均勻，存放后得到低热失重高纯可膨胀石墨。
3.根据权利要求2所述的低热失重高纯可膨胀石墨的方法，其特征在于所述的磷酸 钠溶液和钼酸钠溶液以质量百分比浓度计为50 - 54%.
4.根据权利要求2所述的低热失重高纯可膨胀石墨的方法，其特征在于烘干槽内温 度在25 - 35°C之间。
全文摘要
一种低热失重高纯可膨胀石墨，将可膨胀石墨置于烘干槽内，使每粒石墨均匀受热，当可膨胀石墨的水分降至0.5-1%时，按石墨质量的0.4-1.2%均匀喷洒磷酸钠溶液，待磷酸钠溶液均匀分布在石墨粒上后，继续搅拌，再将石墨质量的0.2-0.6%的钼酸钠溶液喷洒在石墨粒上，搅拌均匀，存放后得到低热失重高纯可膨胀石墨。通过本发明得到的石墨，在670℃条件下检测热失重为1-8%，产品使用寿命长。耐高温范围为600-3000℃，适用温度范围广，克服了现有技术得到的产品耐高温的能力较低，只能使用于600℃以下环境中的缺点。
文档编号C01B31/04GK102060294SQ201110000810
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者刘兴全, 梁绪春, 王 华, 龚尚文 申请人:宜昌埃立特密封材料有限公司