專利名稱：以乳化瀝青作粘結(jié)劑的人造石墨制品及其制備方法
以乳化瀝青作粘結(jié)劑的人造石墨制品及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于石墨制品技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品及其制備方法。
背景技術(shù)：
各向同性石墨是一類高檔次的人造石墨材料，在諸多高新技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。一般情況下，用沿兩個(gè)互相垂直方向上的線性熱膨脹系數(shù)的比值來描述石墨的各向同性性質(zhì)，稱為各向同性度。根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)C 709-06對核石墨的規(guī)定，各向同性度介于 1.00-1. 10的屬于各向同性石墨；介于1. 10-1. 15的稱近各向同性石墨；大于1. 15的稱為各向異性石墨。
各向同性石墨的生產(chǎn)流程與普通石墨制品基本相同。在各向同性石墨的生產(chǎn)中， 粘結(jié)劑及其與骨料的混捏工序十分重要。顆粒及粉狀骨料不具有可成型性，需依靠粘結(jié)劑才能形成有一定形狀和強(qiáng)度的生制品。粘結(jié)劑在后續(xù)炭化過程中也轉(zhuǎn)變成和骨料一樣的炭質(zhì)，把骨料顆粒粘結(jié)在一起。粘結(jié)劑與骨料的結(jié)合狀況很大程度上影響著石墨的最終性能。 目前使用最廣泛的粘結(jié)劑是煤焦油浙青，性能優(yōu)異的粘結(jié)劑浙青應(yīng)具有的特點(diǎn)有1.較高的軟化點(diǎn)。浙青軟化點(diǎn)較高時(shí)，炭化收率也高，對石墨生產(chǎn)有利。改質(zhì)浙青的軟化點(diǎn)一般大于100°C，結(jié)焦率大于50%，性能好于普通中溫浙青。2.與骨料有較好的親和性。粘結(jié)劑浙青與骨料的親和性好，可以把骨料表面充分浸潤，混捏時(shí)形成的混合料均勻。除浙青外，也有用熱塑性樹脂做粘結(jié)劑的，如酚醛樹脂、呋喃樹脂等。
軟化點(diǎn)是煤浙青重要的物理性質(zhì)之一。一般軟化點(diǎn)75 V以下的稱軟浙青； 75-90°C的稱中溫浙青；90°C以上的為高溫浙青。改質(zhì)浙青是由中溫浙青經(jīng)過聚合處理，軟化點(diǎn)一般高于100°C，喹啉不溶物含量約10%，炭化收率較高。目前國外普遍用改質(zhì)浙青替代中溫浙青用于生產(chǎn)炭素制品的粘結(jié)劑。
煤浙青是一系列稠環(huán)大分子的混合體系。組成浙青的化合物可能有幾百、上千種之多，成分復(fù)雜，因而對不同溶劑的作用也不同。浙青不能完全溶于某種單一溶劑，但可以用幾種不同溶劑依次萃取，把浙青分成不同組分加以研究。常用的溶劑如甲苯、己烷、四氫呋喃、吡啶、喹啉等。如用甲苯萃取可將浙青分為甲苯可溶、甲苯不溶物。甲苯不溶物繼續(xù)用喹啉萃取可分為喹啉可溶物、喹啉不溶物。其中甲苯不溶物-喹啉可溶物稱β樹脂，對炭素材料來說，β樹脂含量高的浙青產(chǎn)炭率一般也高。
粘結(jié)劑通過混捏與骨料相互混合，混捏要達(dá)到的目的是1.使不同級(jí)配骨料充分混合均勻。2.使粘結(jié)劑與骨料很好的浸潤，在骨料表面均勻地包裹一層粘結(jié)劑。3.使部分粘結(jié)劑滲透進(jìn)入骨料的孔隙中。目前應(yīng)用最多的是雙軸攪拌混捏機(jī)。操作時(shí)，骨料和粘結(jié)劑從上端加入，加熱攪拌?；炷鬁囟雀鶕?jù)煤浙青的粘度-溫度曲線確定，一般選在浙青粘度劇烈下降的溫度區(qū)間，通常比浙青軟化點(diǎn)高50-70°C。
然而當(dāng)制備細(xì)結(jié)構(gòu)石墨、超細(xì)結(jié)構(gòu)石墨及各向同性石墨時(shí)，骨料粒度細(xì)小，傳統(tǒng)的混捏方法會(huì)出現(xiàn)問題。細(xì)粒度骨料表面積較大，浙青使用量增加，給焙燒造成一定困難。而且焙燒后制品的密度變得更低，可能會(huì)增加浸漬次數(shù)。另一方面，骨料粒度越細(xì)越不容易與浙青混合均勻，造成制品中含有缺陷，組織結(jié)構(gòu)不均一等問題，目前通常采用延長混捏時(shí)間加以應(yīng)對。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品及其制備方法，以乳化浙青為粘結(jié)劑，乳化浙青與骨料相遇后乳化浙青隨機(jī)發(fā)生分裂，保證了浙青對骨料包覆的均勻性，故對某些成型方式，如模壓、等靜壓，粘結(jié)劑用量可比一般混捏方式少，乳化浙青是完全水系的，無需使用有機(jī)溶劑，故操作過程環(huán)保簡便。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品，其原料包括粘結(jié)劑與骨料，粘結(jié)劑與骨料的質(zhì)量比為(0.05-0.70) 1，所述骨料為石油焦、浙青焦、二次焦、天然微晶石墨、中間相炭微球或石墨返回料中的一種或幾種；當(dāng)骨料為兩種或兩種以上時(shí)，不同骨料彼此之間沒有比例限定；當(dāng)骨料的主體是天然微晶石墨時(shí)，天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的 50-100%，其余料為浙青焦、石油焦、二次焦、中間相炭微球或石墨返回料中的一種或幾種， 且彼此沒有比例限定；所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青固相重量含量40-70%，浙青軟化點(diǎn) 60-100°C。
所述人造石墨制品的各向同性度α ^ 1. 15，具體為按成型方法區(qū)分，模壓成型、 擠壓成型的制品，各向同性度α < 1. 15 ；振動(dòng)成型和等靜壓成型制品，α < 1. 10 ；按骨料類型區(qū)分，二次焦、天然微晶石墨、中間相炭微球所得制品，α彡1. 10 ；添加石油焦、浙青焦及其他骨料所得制品α < 1. 15。
一種制備以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品的方法，以乳化浙青作為粘結(jié)劑， 包括以下步驟
第一步，將質(zhì)量比為(0. 05-0. 70) 1的乳化浙青與骨料混合均勻粘結(jié)劑的實(shí)際質(zhì)量根據(jù)乳化浙青的固相重量含量計(jì)算，乳化浙青根據(jù)需要可以加水稀釋為乳化浙青重量的1 10倍，調(diào)節(jié)至所需的粘度，然后將乳化浙青與骨料置于攪拌機(jī)中，混合均勻，待分裂完成后，濾掉多余液體，在50-150°C下干燥，使水份完全蒸發(fā)，得到均勻混合產(chǎn)物，粉碎成粒度彡5mm的粉體；
所述乳化浙青，浙青重量含量40-70%，浙青軟化點(diǎn)60-100°C ；
所述的骨料為石油焦、浙青焦、二次焦、天然微晶石墨、中間相炭微球或石墨返回料中的一種或幾種，當(dāng)骨料的主體是天然微晶石墨時(shí)，天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的 50-100%，其余料為浙青焦、石油焦、二次焦、中間相炭微球或石墨返回料中的一種或幾種， 且彼此沒有比例限定；
第二步，對所得骨料與粘結(jié)劑的均勻混合粉體采用模壓成型、擠壓成型、振動(dòng)成型或等靜壓成型制取成型石墨生坯；
第三步，對成型石墨生坯進(jìn)行焙燒，焙燒溫度800-1200°C，焙燒時(shí)間10-900小時(shí)；
第四步，對焙燒過的成型石墨生坯進(jìn)行1-3遍的浸漬和二次焙燒，浸漬時(shí)，先對成型石墨生坯進(jìn)行200°C預(yù)熱，時(shí)間3-5小時(shí)，然后對浸漬罐抽真空，壓力彡0. 02MPa，加入3/7頁熔融的浙青，在0. 3-1.5MI^壓力下浸漬，浸漬過的制品在800-100(TC二次焙燒，焙燒時(shí)間 10-100小時(shí)，每一遍的二次焙燒溫度相同或不同；
第五步，對完成浸漬和二次焙燒的制品進(jìn)行石墨化處理，石墨化處理溫度為 2200-3000°C，用時(shí)10天至20天，如骨料主體是天然石墨或石墨返回料且固定碳含量 ^ 98%，天然石墨或石墨返回料在骨料中所占質(zhì)量比彡50%時(shí)，當(dāng)要求各向同性石墨制品的抗折強(qiáng)度大于50MPa時(shí)，可以不進(jìn)行石墨化處理，最后的二次焙燒溫度為900-1200°C。
第一步所述的乳化浙青為低溫浙青、中溫浙青、高溫浙青或改質(zhì)浙青，煤浙青或石油浙青。
第一步所述的乳化浙青炭化收率為15-50%，顆粒粒徑為1-3 μ m。
第一步所述的天然微晶石墨是經(jīng)過純化的天然微晶石墨，即原礦經(jīng)化學(xué)或物理方法提純后，固定碳含量為90-99. 99%的天然微晶石墨，其粒度為1-150 μ m。
本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、乳化浙青，是將浙青在乳化劑的作用下，通過機(jī)械剪切作用，形成的浙青微粒在水中的分散體系，所用浙青的軟化點(diǎn)60-110°C，炭化收率15-50%，與骨料相遇后乳化浙青隨即發(fā)生分裂，保證了浙青對骨料包覆的均勻性，故對某些成型方式，如模壓、等靜壓，粘結(jié)劑用量可比一般混捏方式少。
2、乳化浙青是完全水系的，無需使用有機(jī)溶劑，故操作過程環(huán)保簡便。
3、乳化浙青在基礎(chǔ)建設(shè)方面被大量使用，可大規(guī)模生產(chǎn)，成本較低。形成的乳化浙青顆粒粒徑1-3 μ m，具有較好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
具體實(shí)施方式
下面用具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作更詳細(xì)說明。
實(shí)施例一
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品，其原料包括乳化浙青粘結(jié)劑與骨料，實(shí)際粘結(jié)劑與骨料的質(zhì)量比為0.3 1，所述的骨料的組分為天然微晶石墨，所述的天然微晶石墨是經(jīng)過純化的天然微晶石墨，固定碳含量為99. 9%，粒度< 40 μ m。所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)60°C。實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量。
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品的制備方法，包括以下步驟
第一步，將實(shí)際質(zhì)量比為0. 3 1的粘結(jié)劑與骨料在室溫直接在攪拌機(jī)中混合，所述的骨料的組分為天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的100%;所述的微晶石墨是經(jīng)過純化的天然微晶石墨，固定碳含量為99.9%，粒度<40 μ m。所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)為 60°C，所述實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量，待分裂完成后，濾掉多余液體，在50°C下干燥，使水份完全蒸發(fā)，得到均勻混合產(chǎn)物，粉碎成粒度< 5mm的粉體；
第二步，對所得骨料與粘結(jié)劑的均勻混合粉體采用振動(dòng)成型制取Φ50πιπι成型石墨生坯；
第三步，對成型石墨生坯進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為1000°C，焙燒時(shí)間10小時(shí)；
第四步，對焙燒過的成型石墨生坯進(jìn)行2遍浸漬和二次焙燒。浸漬時(shí)，先在200°C 下預(yù)熱3小時(shí)，再對浸漬罐抽真空達(dá)彡0. 02MPa,灌入熔融的浙青，在1. 壓力下浸漬，浸6漬過的制品在800°C二次焙燒，焙燒時(shí)間10小時(shí)；
第五步，對完成浸漬和二次焙燒的制品進(jìn)行石墨化處理，石墨化處理溫度為 2800°C，用時(shí) 14 天。
所得石墨制品體積密度1. 85g/cm3，石墨化度91%，各向同性度α = 1. 04，抗折強(qiáng)度^MPa。
實(shí)施例二
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品，其原料包括粘結(jié)劑與骨料， 實(shí)際粘結(jié)劑與骨料的質(zhì)量比為0.3 1，所述骨料的組分為天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的 90%，中間相炭微球占10% ；所述的微晶石墨是經(jīng)過純化的天然微晶石墨，固定碳含量為 99.9%,粒度< 40 μ m,所述中間相炭微球經(jīng)過輕度預(yù)氧化，粒度< 20 μ m。所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)60°C，所述實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量。
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品的制備方法，包括以下步驟
第一步，將實(shí)際質(zhì)量比為0.3 1的粘結(jié)劑與骨料在室溫下，在攪拌機(jī)中混合均勻，所述的骨料的組分為天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的90%，中間相炭微球占10% ；所述的天然微晶石墨是經(jīng)過純化的天然微晶石墨，固定碳含量為99. 9%，粒度< 40 μ m。所述中間相炭微球經(jīng)過輕度預(yù)氧化，粒度< 20 μ m。所述實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量，待分裂完成后，濾掉多余液體，在80°C下干燥，使水份完全蒸發(fā)，得到均勻混合產(chǎn)物，粉碎成粒度彡3mm的粉體；
第二步，對所得骨料與粘結(jié)劑的均勻混合粉體采用模壓成型制取成型石墨生坯， 模具Φ 300 X 300 (mm)，加壓方式為雙向加壓，壓力60MPa ；
第三步，對成型石墨生坯進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為1200°C，焙燒時(shí)間900小時(shí)；
第四步，對焙燒過的制品進(jìn)行3遍浸漬和二次焙燒，浸漬時(shí)，先在200°C下預(yù)熱4小時(shí)，再對浸漬罐抽真空達(dá)< 0. 02MPa,灌入熔融的浙青，在1. OMPa壓力下浸漬，第一遍浸漬過的制品在900°C下二次焙燒。第二遍浸漬過的制品二次焙燒的溫度為1200°C，焙燒時(shí)間 100小時(shí)；
第五步，對完成浸漬和二次焙燒的制品進(jìn)行石墨化處理，石墨化處理溫度為 2700°C，用時(shí) 15 天。
所得石墨制品體積密度1. 89g/cm3，石墨化度87%，各向異性指數(shù)α = 1. 09，抗折強(qiáng)度3 IMPa。
實(shí)施例三
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品，其原料包括粘結(jié)劑與骨料， 實(shí)際粘結(jié)劑與骨料的質(zhì)量比為0.7 1，所述的骨料的組分為天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的 50%，中間相炭微球占50% ；所述的微晶石墨是經(jīng)過純化的天然微晶石墨，固定碳含量為 99. 9%，粒度<40 μ m。所述中間相炭微球經(jīng)過輕度預(yù)氧化，粒度< 20 μ m。所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)70°C，所述實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量。
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品的制備方法，包括以下步驟
第一步，將實(shí)際質(zhì)量比為0.7 1的粘結(jié)劑與骨料在室溫下，在攪拌機(jī)中均勻混合，所述的骨料的組分為天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的50%，中間相炭微球占50% ；所述的天然微晶石墨是經(jīng)過純化的天然微晶石墨，即原礦經(jīng)化學(xué)或物理方法提純后，固定碳含量為99. 9 %的天然微晶石墨，其粒度< 40 μ m。所述中間相炭微球經(jīng)過輕度預(yù)氧化，粒度 < 20μπι。所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)70°C，所述實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量，待分裂完成后，濾掉多余液體，在10(TC下干燥，使水份完全蒸發(fā)， 得到均勻混合產(chǎn)物，粉碎成粒度< 3mm的粉體；
第二步，對所得骨料與粘結(jié)劑的均勻混合粉體采用擠壓成型制取成型石墨生坯， 140°C擠壓成型，坯料 Φ 100 X 300 (mm)。
第三步，對成型石墨生坯進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為1200°C，焙燒時(shí)間100小時(shí)；
第四步，對焙燒過的制品進(jìn)行一遍浸漬和二次焙燒，浸漬時(shí)，試樣先在200°C下預(yù)熱5小時(shí)，再對浸漬罐抽真空達(dá)彡0. 02MPa,灌入熔融的浙青，在1. OMI3a壓力下浸漬，浸漬過的試樣在1200°C下二次焙燒，焙燒時(shí)間30小時(shí)。
所得石墨制品體積密度1. 72g/cm3，石墨化度82%，各向異性指數(shù)α = 1. 12，抗折強(qiáng)度44ΜΙ^。
實(shí)施例四
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品，其原料包括粘結(jié)劑與骨料， 粘結(jié)劑與骨料的質(zhì)量比為0.4 1，所述的骨料的組分為天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的 100% ；所述的微晶石墨是經(jīng)過純化的天然微晶石墨，固定碳含量為99.9%，粒度< 10 μ m。 所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)90°C，實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量。
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品的制備方法，包括以下步驟
第一步，將實(shí)際質(zhì)量比為0.4 1的粘結(jié)劑與骨料在室溫下，置于攪拌機(jī)中均勻混合，所述的骨料的組分為天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的100% ；所述的微晶石墨是經(jīng)過純化的天然微晶石墨，即原礦經(jīng)化學(xué)或物理方法提純后，固定碳含量為99. 9%的天然微晶石墨， 其粒度< 10 μ m。所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)90°C，所述實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量，待分裂完成后，濾掉多余液體，在100°C下干燥，使水份完全蒸發(fā)，得到均勻混合產(chǎn)物，粉碎成粒度< 4mm的粉體；
第二步對所得骨料與粘結(jié)劑的均勻混合粉體采用等靜壓成型制取成型石墨生坯， 成型壓力200MPa，坯料Φ 70 X 80 (mm)；
第三步，對成型石墨生坯進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為800°C，焙燒時(shí)間50小時(shí)；
第四步，對焙燒過的制品進(jìn)行2遍浸漬和二次焙燒，浸漬時(shí)，試樣先在200°C下預(yù)熱4小時(shí)，再對浸漬罐抽真空達(dá)<0. 02MPa，灌入熔融的浙青，在0. 壓力下浸漬，浸漬過的試樣在1000°C下二次焙燒，焙燒時(shí)間18小時(shí)；
第五步，對完成浸漬和二次焙燒的制品進(jìn)行石墨化處理，石墨化處理溫度為 2200°C，用時(shí) 20 天。
所得石墨制品體積密度1.85g/cm3，石墨化度g = 90%，各向異性指數(shù)α = 1.03，抗折強(qiáng)度50MPa。
實(shí)施例五
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品，其原料包括粘結(jié)劑與骨料， 粘結(jié)劑與骨料的質(zhì)量比為0.05 1，所述的骨料的組分為中間相炭微球占骨料質(zhì)量的 100%，所述的中間相炭微球經(jīng)預(yù)氧化，其粒度< 30μπι。所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)90°C，所述實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量。
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品的制備方法，包括以下步驟
第一步，將實(shí)際質(zhì)量比為0.05 1的粘結(jié)劑與預(yù)氧化中間相炭微球在室溫下，置于攪拌機(jī)中均勻混合，所述的骨料的組分為中間相炭微球占骨料質(zhì)量的100%，所述的中間相炭微球經(jīng)預(yù)氧化，其粒度< 30 μ m，所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)90°C，所述實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量，待分裂完成后，濾掉多余液體，在 120°C下干燥，使水份完全蒸發(fā)，得到均勻混合產(chǎn)物，粉碎成粒度< 5mm的粉體；
第二步，對所得骨料與粘結(jié)劑的均勻混合粉體采用等靜壓成型制取成型石墨生坯，成型壓力200MPa，坯料Φ 70 X 90 (mm)；
第三步，對成型石墨生坯進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為1000°C，焙燒時(shí)間50小時(shí)；
第四步，對焙燒過的制品進(jìn)行1遍浸漬和二次焙燒，浸漬時(shí)，試樣先在200°C下預(yù)熱4小時(shí)，再對浸漬罐抽真空達(dá)彡0. 02MPa，灌入熔融的浙青，浸漬壓力0. 8MPa，浸漬過的制品在1000°C下二次焙燒，焙燒時(shí)間18小時(shí)；
第五步，對完成浸漬和二次焙燒的制品進(jìn)行石墨化處理，石墨化處理溫度為 2800°C，用時(shí) 12 天。
所得石墨制品體積密度1.87g/cm3，石墨化度g = 89%，各向異性指數(shù)α = 1. 00。
實(shí)施例六
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品，其原料包括粘結(jié)劑與骨料， 粘結(jié)劑與骨料的質(zhì)量比為0.4 1，所述的骨料的組分為二次焦占骨料質(zhì)量的100%，所述二次焦是先將最大粒徑0. 02-0. 15mm的浙青焦先與浙青混捏，形成的糊料采用振動(dòng)成型形成生制品，經(jīng)1000°C焙燒后再粉碎成粒徑約Imm的顆粒，所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)100°C，所述實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量。
本實(shí)施例一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品的制備方法，包括以下步驟
第一步，將實(shí)際質(zhì)量比為0.4 1的粘結(jié)劑與二次焦在室溫下，置于攪拌機(jī)中均勻混合，所述的骨料的組分為二次焦占骨料質(zhì)量的100%，所述二次焦是先將最大粒徑 0. 02-0. 15mm的浙青焦先與浙青混捏，形成的糊料采用振動(dòng)成型形成生制品，經(jīng)1000°C焙燒后再粉碎成粒徑約Imm的顆粒，所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青軟化點(diǎn)100°C，所述實(shí)際粘結(jié)劑質(zhì)量為乳化浙青中實(shí)際含有的浙青相質(zhì)量，待分裂完成后，濾掉多余液體，在150°C 下干燥，使水份完全蒸發(fā)，得到均勻混合產(chǎn)物，粉碎成粒度< 3mm的粉體；
第二步，對所得骨料與粘結(jié)劑的均勻混合粉體采用等靜壓成型制取成型石墨生坯，成型壓力200MPa，坯料Φ 70 X 90 (mm)。
第三步，對制品進(jìn)行焙燒，焙燒溫度在1000°C，焙燒時(shí)間50小時(shí)；
第四步，對焙燒過的制品進(jìn)行2遍浸漬和二次焙燒，浸漬時(shí)，試樣先在200°C下預(yù)熱5小時(shí)，再對浸漬罐抽真空達(dá)彡0. 02MPa,灌入熔融的浙青，在1. 壓力下浸漬，浸漬過的制品在1000°C二次焙燒，焙燒時(shí)間18小時(shí)；
第五步，對完成浸漬和二次焙燒的制品進(jìn)行石墨化處理，石墨化處理溫度為 3000°C，用時(shí) 10 天。
所得石墨制品體積密度1. 85g/cm3，各向異性指數(shù)α = 1. 02，抗折強(qiáng)度32MPa。
綜上所述，本發(fā)明具有可在室溫下操作，粘結(jié)劑用量少，與骨料混合均勻，工藝綠色環(huán)保；骨料選擇范圍大，制備的成型方法限制?。恢破返母飨蛲孕阅芨叩忍攸c(diǎn)，因而可在高性能石墨制品生產(chǎn)中推廣。
權(quán)利要求
1.一種以乳化浙青作粘結(jié)劑的人造石墨制品，其原料包括粘結(jié)劑與骨料，其特征在于 粘結(jié)劑與骨料的實(shí)際質(zhì)量比為(0.05-0.70) 1，所述骨料為石油焦、浙青焦、二次焦、天然微晶石墨、中間相炭微球或石墨返回料中的一種或幾種；當(dāng)骨料為兩種或兩種以上時(shí)，不同骨料彼此之間沒有比例限定；當(dāng)骨料的主體是天然微晶石墨時(shí)，天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的50-100%，其余料為浙青焦、石油焦、二次焦、中間相炭微球或石墨返回料中的一種或幾種，且彼此沒有比例限定；所述的粘結(jié)劑為乳化浙青，浙青固相重量含量40-70%，浙青軟化點(diǎn)60-100°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨制品，其特征在于其各向同性度α<1.15，具體為按成型方法區(qū)分，模壓成型、擠壓成型的制品，各向同性度α < 1. 15 ；振動(dòng)成型和等靜壓成型制品，α <1.10;按骨料類型區(qū)分，二次焦、天然微晶石墨、中間相炭微球所得制品， α ^ 1. 10 ；添加石油焦、浙青焦及其他骨料所得制品α < 1. 15。
3.一種制備權(quán)利要求1或2所述人造石墨制品的方法，其特征在于以乳化浙青作為粘結(jié)劑，包括以下步驟第一步，將實(shí)際質(zhì)量比為(0.05-0.70) 1的乳化浙青與骨料混合均勻粘結(jié)劑的實(shí)際質(zhì)量根據(jù)乳化浙青的固相重量含量計(jì)算，乳化浙青根據(jù)需要可以加水稀釋為乳化浙青重量的1 10倍，調(diào)節(jié)至所需的粘度，然后將乳化浙青與骨料置于攪拌機(jī)中，混合均勻，待分裂完成后，濾掉多余液體，在50-150°C下干燥，使水份完全蒸發(fā)，得到均勻混合產(chǎn)物，粉碎成粒度彡5mm的粉體；所述乳化浙青，浙青重量含量40-70%，浙青軟化點(diǎn)60-100°C ；所述的骨料為石油焦、浙青焦、二次焦、天然微晶石墨、中間相炭微球或石墨返回料中的一種或幾種，當(dāng)骨料的主體是天然微晶石墨時(shí)，天然微晶石墨占骨料質(zhì)量的50-100%，其余料為浙青焦、石油焦、二次焦、中間相炭微球或石墨返回料中的一種或幾種，且彼此沒有比例限定；第二步，對所得骨料與粘結(jié)劑的均勻混合粉體采用模壓成型、擠壓成型、振動(dòng)成型或等靜壓成型制取成型石墨生坯；第三步，對成型石墨生坯進(jìn)行焙燒，焙燒溫度800-1200°C，焙燒時(shí)間10-900小時(shí)；第四步，對焙燒過的成型石墨生坯進(jìn)行1-3遍的浸漬和二次焙燒，浸漬時(shí)，先對成型石墨生坯進(jìn)行200°C預(yù)熱，時(shí)間3-5小時(shí)，然后對浸漬罐抽真空，壓力彡0. 02MPa，加入熔融的浙青，在0. 3-1. 5MPa壓力下浸漬，浸漬過的制品在800-1000°C二次焙燒，焙燒時(shí)間10-100 小時(shí)，每一遍的二次焙燒溫度相同或不同；第五步，對完成浸漬和二次焙燒的制品進(jìn)行石墨化處理，石墨化處理溫度為 2200-3000°C，用時(shí)10天至20天，如骨料主體是天然石墨或石墨返回料且固定碳含量 ^ 98%，天然石墨或石墨返回料在骨料中所占質(zhì)量比彡50%時(shí)，當(dāng)要求各向同性石墨制品的抗折強(qiáng)度大于50MPa時(shí)，可以不進(jìn)行石墨化處理，最后的二次焙燒溫度為900-1200°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于第一步所述的乳化浙青為低溫浙青、中溫浙青、高溫浙青或改質(zhì)浙青，煤浙青或石油浙青。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于第一步所述的乳化浙青炭化收率為 15-50%，顆粒粒徑為1-3 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于第一步所述的天然微晶石墨是經(jīng)過純化的天然微晶石墨，即原礦經(jīng)化學(xué)或物理方法提純后，固定碳含量為90-99. 99%的天然微晶石墨，其粒度為1-150 μ m。
全文摘要
一種以乳化瀝青作粘結(jié)劑的人造石墨制品及其制備方法，人造石墨制品中粘結(jié)劑與骨料的實(shí)際質(zhì)量比為(0.05-0.70)∶1，骨料為石油焦、瀝青焦、二次焦、天然微晶石墨、中間相炭微球或石墨返回料中的一種或幾種；不同骨料沒有比例限定；當(dāng)骨料的主體是天然微晶石墨時(shí)，其占骨料質(zhì)量的50-100％，余料為瀝青焦、石油焦、二次焦、中間相炭微球或石墨返回料中的一種或幾種，且彼此沒有比例限定；粘結(jié)劑為乳化瀝青；制備方法為首先將乳化瀝青與骨料混合均勻，制成粉體，對粉體成型、焙燒并浸漬和二次焙燒，最后進(jìn)行石墨化處理；乳化瀝青與骨料相遇后隨機(jī)分裂，保證了瀝青對骨料包覆的均勻性，乳化瀝青是完全水系的，無需使用有機(jī)溶劑，故操作過程環(huán)保簡便。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102530933SQ201110456649
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者康飛宇, 沈萬慈, 申克, 黃正宏 申請人:清華大學(xué)