[发明专利]一种高强度炭素石墨制品的制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度炭素石墨制品的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将农林废弃生物质炭化、制粉、形貌处理，得到≤3μm类球形的超微粉体；将所述超微粉体与单组分聚氨酯胶黏剂、沥青、氢氧化钙进行混合，然后干燥、成型、3‑8次的反复浸渍与焙烧，石墨化处理，得到炭素石墨制品。采用本发明的方法，即使是采用农林废弃生物质为原料，由此所得到的碳素石墨制品的抗压强度和抗折强度接近甚至超过了以石油焦或炭黑作为原料的情况。使得本发明在绿色环保原料的情况下，极大的提高了碳素石墨制品的性能。

技术领域

本发明涉及炭素石墨技术领域，具体而言，本发明涉及一种高强度炭素石墨制品的制备方法。

背景技术

炭素石墨制品是以石油焦、沥青焦等焦炭为原料、煤沥青为粘接剂，经破碎、配料、混捏、成型、烧结、浸渍、石墨化、机械加工等工艺制造的一种耐高温抗氧化的导电材料，广泛应用于冶金、化工、航天、电子、机械、建材、核能等不同领域，如做耐磨用的轴承、密封环；电火花加工用电极、电解加工用电极；连续浇铸用结晶器；半导体生产用加热器、坩埚、炉衬；烧结模具及航空航天飞行器燃气舵及发动机保护套等。

目前国内生产的炭素石墨制品多采用石油焦、沥青焦等为原材料，由于能源紧缺、环境污染等问题，石油焦、沥青焦等能源材料紧缺，伴随着国内治理环境污染等的停产、限产带来的成本增加、原料紧缺等严重限制了行业的发展。第二，石油焦等焦炭制品，由于其特殊的结构造成炭化、石墨化过程中挥发份的排除而引起开裂、破损等问题，严重影响了细结构石墨的性能。第三，石油焦等焦炭制品犹在粉碎过程中易造成形貌复杂，很难加工成≤3μm类球形的超微粉体材料，而造成细结构炭素石墨制品的各向异性，进一步影响了细结构炭素石墨制品的性能。第四，目前炭素石墨制品多采用混捏的方式混合母料和粘接剂以及其他添加成分，由于一次颗粒的粒径较大，导致石墨电极的各向同性较差，最终引起石墨电极性能的差异。其中，混捏属于干混的一种，而粘接剂有一定的粘性，混捏的方式极易导致材料组分分布的不均匀，而由于混合不均匀的各种组分在温度变化情况下的收缩比、收缩速度的不同，导致石墨电极容易在生产过程中产生内裂，最终引起石墨电极的报废，大大提高了石墨电极的生产成本。

例如，在中国专利申请CN102807207A中公开了一种细结构的高密度、高强度石墨制品的生产方法，其包括以下步骤：将制取石墨制品的原材料粉碎至粒度≤5um，然后将其与溶剂、粘接剂、防沉降剂和石墨化促进剂混合均匀，再依次经干燥、成型，制得圆柱体或立方体状成型制品，再对成型制品进行焙烧、浸渍、石墨化与机械加工即可制得石墨制品成品。该发明通过将原材料粉碎至颗粒度≤5um，解决了采用现有技术生产的石墨制品存在各向异性的问题，同时通过湿混的混料方式，将用于制备石墨制品的各组分进行充分的混合，避免了由于温度变化造成的弹性形变而引起的内裂等问题，提高了石墨制品的各项性能，降低石墨制品的生产成本。在该专利申请的实施例中，通过采用石油焦或炭黑作为原料，得到抗压强度为76MPa以上和抗折强度为37MPa以上的石墨电极成品。

针对上述技术问题，中国专利申请CN110683845A公开了一种极细结构炭素石墨制品的制备方法，包括：将农林废弃生物质炭化、制粉、形貌处理，得到≤3μm类球形的超微粉体材料；将所述粉体材料与粘接剂、添加剂、石墨化促进剂进行液相混合，然后干燥、成型、3-8次的反复浸渍与焙烧，石墨化处理，得到极细结构炭素石墨制品。该发明以农林废弃生物质为原料，避免了能源材料的使用，节能环保，且该材料炭化后易制成类球形的超微粉体；本发明采用极细的农林废弃生物质为原料，保证了细结构炭素石墨制品的整体一致性，提高了各向同性，避免了内裂等问题，降低了极细结构炭素石墨制品的生产成本及过程控制成本，提高了极细结构炭素石墨制品的密度和强度，综合性能良好。但是，在采用植物制品等为原料制备炭素石墨的情况下，相比于以石油焦或炭黑作为原料，所得到的石墨制品的强度明显不足，其抗压强度为40MPa左右，抗折强度为25MPa左右。

因此，在以农林废弃生物质为原料的情况下，如何实现高强度碳素石墨的制备，仍然是本领域技术人员亟待解决的技术问题。本发明在中国专利申请CN110683845A的基础上，通过创造性的改变工艺条件，得以完成本发明。