一种炭石墨材料用人造挥发份及其制备方法与流程

本发明涉及一种人造挥发份的制备方法，尤其涉及一种炭石墨材料用人造挥发份的制备方法。
背景技术：
：炭石墨材料因其具有质轻、高强、耐蚀、抗热震、导电和自润滑等一系列独特性能，被认为是冶金、化工、航天航空和生物工程等国民经济的各个领域的战略材料。但限于炭石墨材料属于典型复合材料的特点，其多相、多组分、多孔的缺陷导致其非均质凸显、随机性微裂纹不可避免，而有机粘结剂发生的熔融迁移、热分解、热缩聚、焦化收缩导致的裂纹缺陷成为弱化炭石墨材料的根源，直接导致其难以满足更高速、更高压和更长寿命等的苛刻工况。因此，调控炭/石墨复合材料的微结构，尽量抑制其内部缺陷，实现骨料相与粘结剂相的匹配是相关研究的热点和难点之一。挥发份(亦称挥发分)是指样品在规定条件下隔绝空气加热，样品中的有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态(此时为蒸汽状态)。大量科学实验表明，原料挥发份含量较高对粉料的成型有利，具有陶土和金属粉末的自烧结性炭质原料，以其自身的挥发份作为粘结剂，这种挥发份以分子水平均匀连续的分散在炭质颗粒周围，从而使这种炭质颗粒具有可贵的自烧结性，可制得单相均匀、结构致密的炭石墨材料。另一方面，由于挥发份为低分子量的碳氢化合物，在加热过程中变软而具有一定的润湿性能，各个颗粒含有的挥发份相互浸润渗透，随着温度的进一步升高，颗粒与颗粒之间就会产生炭化烧结，最终使得生坯烧结成致密的炭材料。而如果挥发份含量太少，自粘结性能就差，难于成型。粉末的塑变性主要与挥发份有关，挥发份含量越高，粉末的塑变性越好，粉末的自粘结性越强。因此，提供一种成分可调可控、具有良好的自润湿性、自粘结性、自烧结性的新型人造挥发份及其制备方法来改善炭石墨材料结构均匀度差、两相界面明显以及微裂纹扩展显得十分必要。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是，克服以上
背景技术：
中提到的不足和缺陷，提供一种成分可调可控、具有良好的自润湿性、自粘结性、自烧结性的炭石墨材料用新型人造挥发份，能够抑制或减少炭材料中微裂纹及其扩展，使得炭材料的高强度高韧性高导电得到充分发挥，有利于改善对焦炭颗粒的浸润性及提高成型糊料的可塑性，可改善糊料的塑性，使成型工艺变的更简单，还相应提供了一种原料易得、成本低、步骤简单、配制容易的人造挥发份的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出一种炭石墨材料用人造挥发份，由以下质量分数的组分配制而成：其中，所述的自由基捕捉剂为乙酸乙酯；所述的氧化交联剂为油酸乙酯、聚苯硫醚(pps)、mtq硅树脂中的1-2种；所述的残炭剂为丙烯酸丁酯；所述的有机溶剂为酒精、丙酮和二甲基亚砜中的一种。一种炭石墨材料用人造挥发份的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、在常温下，按以下的质量配比要求称取15g-20g自由基捕捉剂，将自由基捕捉剂置于容器中，逐步加入20-40g有机溶剂充分搅拌至均匀，得自由基捕捉剂溶液；其中：自由基捕捉剂是以醋酸和乙醇为原料，硫酸为催化剂直接酯化得醋酸乙酯，再经脱水、分馏精制得成品。步骤2、将氧化交联剂加入到自由基捕捉剂分散液中之前，先用表面活性剂对氧化交联剂进行改性处理，即：将10-15g表面活性剂加入到10-20g的氧化交联剂中，在一定温度下进行搅拌，待反应完全后，得到改性氧化交联剂；步骤3：将改性氧化交联剂加入到步骤1所得自由基捕捉剂分散液中；经水浴搅拌和超声分散后，即得第一溶液；其中，水浴搅拌的温度为40℃～50℃，搅拌时间为0.8h～1.2h；超声分散的时间为1.5h～2.5h；步骤4：将25-40g残炭剂加入到步骤3所得第一溶液中；再次经超声分散后，即得人造挥发份体系。本发明的优点在于：(1)本发明制得的人造挥发份，能够调控异质炭相材料的收缩率，使其先天含流平剂元素，有效降低粘结剂的表面张力，提高其在炭相间的亲和力。(2)本发明制得的人造挥发份，在热处理状态下能够原位芳香化，容易产生分子间作用力对缺陷位或空位进行修补。(3)本发明制得的人造挥发份为无色透明液体，其在炭化前以粘结剂形式存在，炭化后以骨架形式体现，能够对焦炭表面的不饱和键，氢键以及部分含氧官能团进行亲和，还能与粘结剂沥青的含氧，含硫以及醚类官能团予以亲和。(4)本发明制得的人造挥发份在兼具良好相溶性的同时，可采用液相炭化方式对炭骨料和炭质糊料，甚至生坯进行挥发分补充，从而大幅度提高炭石墨材料的结构强度。(5)本发明的产品制备工艺简单，配制容易，原料易得，成本较低，能够在炭石墨材料基体内发挥良好补强作用，具有较强的工业实用性和经济性，在航空航天，高铁等多个领域具有广阔的应用前景。(6)本发明提供了一种炭石墨材料用人造挥发份的制备方法，具有广泛的市场需求和应用前景。本发明中人造挥发份，具有良好的润湿性和流动性，能够在高温下液相炭化，因次具有取向性及可调性，其具有较低缩合度构型的低分子织构有利于增加炭石墨材料的高温流动性和成型，从而能够改善机械变形导致的微裂纹与缺陷。适用于工程和结构用炭素材料制品，尤其适用于炭石墨材料的致密性强化和裂纹源抑制。附图说明图1为添加人造挥发份的补强板r990材料的esem图。图2为未添加人造挥发份的r990材料的esem图。具体实施方式为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和实施例对本发明做全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为市售品或者可以通过众所周知的方法制得。该实施例提供了一种炭石墨材料用人造挥发份，主要由以下质量分数的组分配制而成：其中，人造挥发份中，所述的自由基捕捉剂为乙酸乙酯。上述的人造挥发份，所述的多组分的氧化交联剂为油酸乙酯、聚苯硫醚(pps)、mtq硅树脂中的1-2种。上述的人造挥发份，所述的残炭剂为丙烯酸丁酯。上述的人造挥发份，所述的有机溶剂为酒精、丙酮和二甲基亚砜的一种。上述的人造挥发份，表面活性剂为十二烷基硫酸钠(sds)、十二烷基苯磺酸钠(sdbs)、蒽醌-2一磺酸钠(na)和1一萘磺酸钠(sn)4种阴离子表面活性剂中的2-3种。该实施例还提供了一种炭石墨材料用人造挥发份的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、在常温下，按以下的质量配比要求称取15-20g自由基捕捉剂，将该组成成分置于容器中，逐步加入15-40g有机溶剂充分搅拌至均匀，得自由基捕捉剂溶液；该步骤1中，自由基捕捉剂是通过乙醇被乙酸酐乙酰化制得，反应生成乙酸与乙酸乙酯的混合物，分馏后得到较纯的乙酸乙酯。自由基捕捉剂分散液中自由基捕捉剂的质量分数为5％～10％。该步骤1中，有机溶剂为酒精、丙酮或聚砜中的一种，其中有机溶剂与自由基捕捉剂的质量比为(1～2)：1。步骤2、将氧化交联剂加入到自由基捕捉剂分散液中之前，先用表面活性剂对氧化交联剂进行改性处理，即：将5-10g表面活性剂加入到10-20g的氧化交联剂中，在一定温度下进行搅拌，待反应完全后，得到改性氧化交联剂。表面活性剂为sds、sdbs、na和sn4种阴离子表面活性剂中的2-3种。表面活性剂与氧化交联剂的质量比为(0.5～1):1。表面活性剂对氧化交联剂进行改性时，反应温度为40℃～55℃。步骤3：将改性氧化交联剂加入到步骤1所得自由基捕捉剂分散液中；经水浴搅拌和超声分散后，即得第一溶液。该步骤中，将所得氧化交联剂分散至自由基捕捉剂分散液的具体过程为：将所得氧化交联剂缓慢加入到所得自由基捕捉剂分散液中，控制加入时间为8min～12min；自由基捕捉剂分散液和氧化交联剂分散液的质量比为(0.5～1)：1。该步骤中，水浴搅拌的温度为40℃～50℃，搅拌时间为0.8h～1.2h；超声分散的时间为1.5h～2.5h。步骤4：将25-40g残炭剂加入到步骤3所得第一溶液中；再次经超声分散后，即得人造挥发份体系。该步骤中，残炭剂由丙烯腈水解法制备得到丙烯酸丁酯。残炭剂与步骤s2所得第一溶液溶质的质量比为1：1。超声分散的时间为0.5h～1h。实施例1本实施例的人造挥发份用于炭石墨材料由如下质量分数的组分配制而成：上述的人造挥发份中，所述的自由基捕捉剂为乙酸乙酯。上述的人造挥发份，所述的多组分的氧化交联剂为油酸乙酯。上述的人造挥发份，所述的残炭剂为丙烯酸丁酯。上述的人造挥发份，所述的有机溶剂为酒精。上述的人造挥发份，表面活性剂为十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠这2种溶液的复配。其中十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的质量比为1：1。本实施例上述一种人造挥发份的制备方法，包括以下步骤：按上述的质量分数配比要求准备各组分；在常温下，按质量配比要求称取自由基捕捉剂，将该组成成分置于容器中，逐步加入有机溶剂充分搅拌至均匀，得自由基捕捉剂溶液；将准备的上述氧化交联剂加入至自由基捕捉剂溶液中溶解，在温度为40℃条件下水浴加热并搅拌0.8h；超声分散的时间为1.5h，得第一溶液；另取容器加入上述准备好的残炭剂成分，缓慢加入第一溶液，超声分散为0.5h，即得到本实施例中的人造挥发份。将本实施例的人造挥发份加入至炭石墨材料r516的料粉混捏过程中，经压制，焙烧，得到补强版r516。对本实施例补强板r516及r516进行强度测试，其测试结果如下表1所示。表1抗折强度(mpa)抗压强度(mpa)r5161945补强板r51642108在本实施例中，由强度测试结果可以看到，补强板r516的宏观抗折强度和抗压强度达到为42mpa，108mpa，与未添加人造挥发份的r516材料的抗折强度(19mpa)、抗压强度(45mpa)相比，抗折抗压强度均提升了2倍以上。实施例2本实施例的人造挥发份用于炭石墨材料由如下质量分数的组分配制而成：上述的人造挥发份中，所述的自由基捕捉剂为乙酸乙酯。上述的人造挥发份，所述的多组分的氧化交联剂为mtq硅树脂。上述的人造挥发份，所述的残炭剂为丙烯酸丁酯。上述的人造挥发份，所述的有机溶剂为丙酮。上述的人造挥发份，表面活性剂为蒽醌-2一磺酸钠和1一萘磺酸钠这2种溶液的复配。其中蒽醌-2一磺酸钠和1一萘磺酸钠的质量比为1：1。本实施例上述一种人造挥发份的制备方法，包括以下步骤：按上述的质量分数配比要求准备各组分；在常温下，按质量配比要求称取自由基捕捉剂，将该组成成分置于容器中，逐步加入有机溶剂充分搅拌至均匀，得自由基捕捉剂溶液；将准备的上述氧化交联剂加入至自由基捕捉剂溶液中溶解，在温度为50℃条件下水浴加热并搅拌1h；超声分散的时间为1.0h，得第一溶液；另取容器加入上述准备好的残炭剂成分，缓慢加入第一溶液，超声分散为1h，即得到本实施例中的人造挥发份。将本实施例的人造挥发份加入至炭石墨材料sr818的料粉混捏过程中，经压制，焙烧，得到补强版sr818。对本实施例补强板sr818及sr818进行强度测试，其测试结果如下表2所示。表2抗折强度(mpa)抗压强度(mpa)sr8182855补强板sr81840110实施例3本实施例的人造挥发份用于炭石墨材料由如下质量分数的组分配制而成：上述的人造挥发份中，所述的自由基捕捉剂为乙酸乙酯。上述的人造挥发份，所述的多组分的氧化交联剂为聚苯硫醚。上述的人造挥发份，所述的残炭剂为丙烯酸丁酯。上述的人造挥发份，所述的有机溶剂为二甲基亚砜。上述的人造挥发份，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和蒽醌-2一磺酸钠溶液的复配，其中十二烷基苯磺酸钠和蒽醌-2一磺酸钠溶液的质量比为0.5：1。本实施例上述一种人造挥发份的制备方法，包括以下步骤：按上述的质量分数配比要求准备各组分；在常温下，按质量配比要求称取自由基捕捉剂，将该组成成分置于容器中，逐步加入有机溶剂充分搅拌至均匀，得自由基捕捉剂溶液；将准备的上述氧化交联剂加入至自由基捕捉剂溶液中溶解，在温度为55℃条件下水浴加热并搅拌1.2h；超声分散的时间为1.2h，得第一溶液；另取容器加入上述准备好的残炭剂成分，缓慢加入第一溶液，超声分散为1h，即得到本实施例中的人造挥发份。将本实施例的人造挥发份加入至炭石墨材料sr818的料粉混捏过程中，经压制，焙烧，得到补强版r990。对本实施例补强板r990及r990进行强度测试，其测试结果如下表3所示。表3抗折强度(mpa)抗压强度(mpa)r9903563补强板r99047117对本实施例补强板r990及r990进行环境扫描电镜测试，其测试结果如图1-2所示。当前第1页12