[发明专利]含石墨的模制体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含石墨的模制体，所述模制体特别适用于用作密封、结构材料例如墙壁或天花板的覆盖层、例如用于氧化还原液流电池的双极板、热交换器板或热交换器管，及其制备方法。

背景技术

用于例如化学装置的密封例如平面密封必须满足多种要求。特别是其必须具有对液体和气体的低渗透性，并且具体而言特别是如在平面密封的情况下，在密封平面中具有对液体和气体的低渗透性。除此之外，其必须以高抗拉强度、高横向强度、良好的导热性、良好的适应性和良好的干滑动摩擦特性为特征。对于很多应用，高耐温性和对侵蚀性化学试剂的良好抗性也是必要的。

由于石墨的特别是在-200℃至+400℃之间的高耐温性，在热负荷下格外良好的尺寸稳定性，良好的耐化学性和高回弹性，这种密封常常由石墨制成。为了增加石墨的紧密性，已经提出使用液相浸渍的石墨作为密封材料，即用合适的浸渍剂通过液相浸渍或熔融浸渍至少部分地将石墨的孔封闭。例如，将不含溶剂的树脂用作浸渍剂，其中在此所述密封材料的石墨含量通常为90wt%或更高。除了紧密性，通过浸渍还可改进所述材料的操作性以及抗划伤性。

然而通过液相浸渍制备的这种材料的缺点在于所述浸渍剂分布不均匀，特别是在材料的深度方向或z方向上。尽管材料的表面区中因此实现高度浸渍和相对均匀的浸渍，但位于表面区域之间的由此浸渍的材料内部区域不显示浸渍，或仅有相对低或不均匀程度的浸渍。结果，因为所述表面浸渍，由这种材料制成的密封在其表面区域必然显出对液体和气体相对高的抗渗性；然而，在位于表面区域之间的中心区域中，其是相对可渗透的，这是这些密封在一定程度上仅适合用作平面密封的原因。

相似的问题出现在建筑板材例如基于石墨的墙面覆盖板或导热板中。为了给予这种板材足够高的强度、足够高的硬度和足够高的耐磨强度，从而这些板材能够承受在其预期使用时出现的机械负荷，通常也通过液相浸渍用基于树脂或热塑性塑料的粘合剂浸渍这些板材。在此，也仅在近表面区域中而不在位于表面区域之间的内部区域中实现高度浸渍和相对均匀的浸渍，这是这些板材在其横截面上具有不均匀的硬度和稳定性并且这些板材的横向强度变化非常显著的原因。

另外，对于设计用于其它应用例如用于双极板、集电器和电极材料的模制体的要求可包括高抗拉强度、高导电性或低电阻以及低接触电阻。这种模制体的实例尤其为用于燃料电池、氧化还原液流电池或铅酸电池的双极板。对于用作例如热交换器板或热交换器管的模制体也需要相同或至少相似的要求。

为了克服至少部分上述问题，例如已经提出了用作石墨基密封的材料，其通过在从由此制备的混合物形成制备密封的模制体之前，将石墨和固体乙烯四氟乙烯共聚物混合在一起来封闭石墨的孔而制造。尽管由此制备的密封材料的特性比液相浸渍的密封材料特性更好，但对于很多应用而言仍然需要改进这些材料的总特性。

发明内容

因此，本申请的目的是提供一种含石墨的模制体，其不仅具有高抗拉强度、高横向强度、高导热性、良好的干滑动摩擦特性、高耐温性和良好的耐化学性，而且其还以特别是在宽温度范围内和/或在低表面压力下对液体和气体特别高的抗渗性为特征，并且具体而言取决于特殊应用，特别是在平面中，即在密封的x-y方向上，和/或对例如用作双极板或换热器而言是重要的，垂直于板材，即在z方向上，以低磨损和低电阻为特征，然而其也以良好的柔性为特征并且能够简单地并且成本有效地制造。

根据本发明，该目的通过提供一种含石墨的模制体解决，所述模制体可通过如下方法获得，其中将石墨粒子与至少一种固体添加剂混合以形成混合物，所述混合物包含至少一种无机添加剂、至少一种无机添加剂和至少一种有机添加剂的混合物或大于10wt%的有机添加剂，并且随后将由此获得的混合物压缩，其中根据ISO 13320测定，使用的所述至少一种添加剂具有1至500μm之间的平均粒径（d₅₀）。