一種膨脹石墨片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石墨材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種膨脹石墨片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨是碳元素在特定高溫條件下結(jié)晶的產(chǎn)物，石墨分為天然石墨和人造石墨，其 中根據(jù)結(jié)晶形態(tài)不同，天然石墨可分三類，即鱗片石墨、塊狀石墨和土狀石墨。這三種石墨 的成礦地質(zhì)條件迥異，導致其性質(zhì)、用途也有明顯不同。塊狀石墨儲量豐富，品位很高，碳含 量為60 %~65 %，甚至高達80 %~98 %，結(jié)晶肉眼可見，層間距大，比表面積大，材料內(nèi)部 空隙大，具有天然的蜂窩狀孔洞結(jié)構(gòu)。另外，其化學性質(zhì)極其穩(wěn)定（只有在3850±50°C溫度 下才變成液態(tài)），耐溫差性能、耐腐蝕性能極好。石墨具有耐高溫、耐腐蝕、導電性良好等一 系列優(yōu)點，故在摩擦磨損材料、儲能材料、保溫隔熱材料、高導熱材料等方面有著廣泛的應(yīng) 用。
[0003] 膨脹石墨片就是一種近些年來出現(xiàn)的以石墨為原料制備的新型材料，人們對其研 宄越來越深入。作為石墨深加工產(chǎn)品，膨脹石墨片因其質(zhì)輕、耐高溫、耐酸堿、回彈性好、潤 滑性好、可塑性好、化學穩(wěn)定性優(yōu)異等優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于密封材料、軍事、航天等領(lǐng) 域，且其在便攜式電子產(chǎn)品中的應(yīng)用表現(xiàn)出優(yōu)異的散熱性能，提高了產(chǎn)品的使用壽命。隨著 大功率發(fā)熱器件與設(shè)備等向小型化方向的不斷發(fā)展，更薄、更輕、更導熱的膨脹石墨片已成 為科研人員的研宄重點，新型膨脹石墨片的研發(fā)也將進入高潮。
[0004] 目前，對于膨脹石墨片大多以天然鱗片狀石墨為原料，經(jīng)氧化、酸化插層、水洗、干 燥、高溫膨化制備獲得，且通常采用濃硝酸、濃硫酸和/或高錳酸鉀作為酸液進行氧化酸化 插層反應(yīng)，制備的膨脹石墨片硫和灰分含量大，需要經(jīng)過復雜的脫酸和脫硫處理降低其中 的硫含量及灰分含量，同時獲得的膨脹石墨片的厚度、導熱性等性能不能滿足目前對膨脹 石墨片更薄、更導熱的性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供一種厚度小、體積密度小、 導熱性能好，韌性強的膨脹石墨片。
[0006] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種膨脹石墨片的制備方法。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 一種膨脹石墨片，以塊狀石墨為原料，依次采用酸液氧化酸化處理、膨化處理、輥 壓處理而得；所述酸液為硫酸與無水乙酸的混合液；其中塊狀石墨、硫酸與無水乙酸的質(zhì) 量比為1 :2 :0· 9~L 7。
[0009] 所述硫酸為質(zhì)量濃度為98 %的硫酸。
[0010] 所述輥壓處理的輥壓壓力為50~70MPa。
[0011] 所述塊狀石墨的碳含量為99. 95 %~99. 99%。
[0012] 所述塊狀石墨由以下提純方法制備獲得：將塊狀石墨原礦粉碎后采用堿酸法進行 化學提純后，進行清洗，干燥，然后再高溫提純，降至室溫后再二次粉碎即得。
[0013] 所述堿酸法為將塊狀石墨原礦、NaOH固體與去離子水按1 :0. 2~0. 4 :0. 6~0. 8 的質(zhì)量比在500~600°C下堿融1~2h，水洗及干燥后再用質(zhì)量濃度為13 %~17 %的鹽酸 在70~90°C條件下恒溫酸浸2~3h，即完成。
[0014] 所述高溫提純?yōu)閷⒗脡A酸法提純后的塊狀石墨，水洗并干燥后在2000~ 3000°C條件下保溫0· 5~I. 5h。
[0015] 所述塊狀石墨的中位粒徑D5tl為10. 0~15. 0 μ m。
[0016] -種膨脹石墨片的制備方法，包括以下操作步驟：
[0017] 1)酸液氧化酸化處理：將塊狀石墨與酸液混合均勻，反應(yīng)得到反應(yīng)液，從反應(yīng)液 中分離得到粉體，為酸化處理石墨；
[0018] 2)將步驟1)制備的酸化處理石墨膨化處理，得到膨脹石墨；
[0019] 3)將步驟2)制備的膨脹石墨輥壓處理后，即得所述的膨脹石墨片。
[0020] 其中酸液為硫酸與無水乙酸的混合液；所述塊狀石墨、硫酸與無水乙酸的質(zhì)量比 為 1 :2 :0· 9 ~L 7。
[0021] 所述硫酸為質(zhì)量濃度為98%的硫酸。
[0022] 步驟1)中所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度為20~50°C，反應(yīng)時間為40~80min。
[0023] 步驟2)中所述膨化處理的溫度為800~1200°C，膨化時間為5~15s。
[0024] 步驟3)中所述輥壓處理的輥壓壓力為50~70MPa。
[0025] 步驟1)中反應(yīng)后產(chǎn)生的尾氣進行尾氣處理。
[0026] 所述尾氣處理是將尾氣通入堿性溶液中。
[0027] 所述堿性溶液為質(zhì)量濃度為5%~15%的氫氧化鈉溶液。
[0028] 步驟1)中制備的粉體經(jīng)過洗滌和干燥處理后得到酸化處理石墨。
[0029] 所述洗滌的具體方法為：粉體中加入水超聲清洗后，分離出粉體；然后重復上述 操作3~5次，至清洗后的水的PH = 7,每次超聲清洗的時間為5~lOmin。
[0030] 所述干燥為真空干燥，干燥溫度為80~120°C，干燥時間為12~24h。
[0031] 步驟1)中所述混合為攪拌混合，攪拌轉(zhuǎn)速為50~150r/min。
[0032] 步驟2)中膨化處理后冷卻至室溫得到膨化石墨。
[0033] 本發(fā)明膨脹石墨片，以塊狀石墨為原料，依次經(jīng)過酸化處理、膨脹處理和輥壓處理 制備獲得，并采用濃硫酸與無水乙酸復配作為酸液，減少濃硫酸的用量，大大減少硫化物對 環(huán)境的污染，同時由于無水乙酸的插層物易于揮發(fā)，使制備的膨脹石墨片中的灰分含量大 大降低；另外，塊狀石墨大的層間距，使硫酸根和乙酸根更容易插入石墨層，并且極性分子 硫酸與乙酸的協(xié)同插層作用，使在輥壓制備更薄的石墨片的同時，使制備的膨脹石墨片同 樣具有導熱率高、可折彎次數(shù)多的優(yōu)點，綜合性能優(yōu)異，可用于儲能材料、電子器件等多個 領(lǐng)域。
[0034] 同時，本發(fā)明以塊狀石墨為原料，來源廣泛，成本低，拓展了塊狀石墨的用途，提升 了天然石墨產(chǎn)品附加值，擴大了導熱材料、吸附材料等來源的發(fā)展空間，具有廣闊的應(yīng)用前 景。
[0035] 本發(fā)明膨脹石墨片的制備方法，以濃硫酸和無水乙酸復配作為酸液，在濃硫酸中 加入少量乙酸，大大降低濃硫酸的用量，并且無水乙酸的易揮發(fā)性，使制備過程中無需經(jīng)過 脫酸處理即可使制備的膨脹石墨片中的灰分和硫含量符合使用要求；本發(fā)明制備方法工藝 過程控制性好，能耗小，易于工業(yè)化推廣應(yīng)用。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限 制。
[0037] 實施例1
[0038] 本實施例膨脹石墨片，以塊狀石墨為原料，其制備方法的具體操作步驟如下：
[0039] 1)將碳含量為99. 97%，D5tl為12. 5 ym的塊狀石墨、質(zhì)量濃度98%的濃硫酸和無 水乙酸按照I :2 :1. 3的重量比依次置于反應(yīng)容器中，同時在轉(zhuǎn)速為lOOr/min下磁力攪拌， 于35°C下進行低溫反應(yīng)60min，得到反應(yīng)液；將步驟1)得到的反應(yīng)液用抽濾機抽濾并分離 出粉體；并將反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣通入質(zhì)量濃度10%的氫氧化鈉溶液中；
[0040] 2)在粉體中加入二次蒸餾水并用超聲清洗機超聲7. 5min，抽濾分離粉體，重復上 述步驟4次，直至分離出粉體后的濾液pH = 7 ;將分離出的粉體在100°C下真空干燥處理 18h，得到酸化處理石墨；
[0041] 3)將步驟2)制備的酸處理石墨在反應(yīng)爐中于1000°C下進行高溫膨化處理10s，然 后冷卻至室溫，得到膨化石墨；
[0042] 4)將步驟3)制備的膨化石墨置于延壓機中并在60MPa壓力下進行輥壓處理，即可 得到厚度為0. 53_的膨脹石墨片，即為所述的膨脹石墨片。
[0043] 實施例2
[0044] 本實施例膨脹石墨片，以塊狀石墨為原料，其制備方法的具體操作步驟如下：
[0045] 1)將碳含量為99. 98%，D5tl為11. 8 ym的塊狀石墨、質(zhì)量濃度98%的濃硫酸和無 水乙酸按照1 :2 :0. 9的重量比依次置于反應(yīng)容器中，同時在轉(zhuǎn)速為150r/min下磁力攪拌， 于50°C下進行低溫反應(yīng)40min，得到反應(yīng)液；將步驟1)得到的反應(yīng)液用抽濾機抽濾并分離 出粉體；并將反應(yīng)產(chǎn)生的