一種石墨復合板材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨復合板材的制備方法。屬于非金屬材料成形制造技術(shù)領(lǐng)域，具體為制備鱗片石墨漿料，經(jīng)真空除氣、制備鱗片石墨半固化薄片；增強基材預(yù)處理、片層疊加、真空熱壓成型等多個工藝環(huán)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]鱗片石墨具有高的導熱率、低的摩擦系數(shù)、低的線膨脹系數(shù)、高的耐熱性、高的耐熱震性、良好的化學穩(wěn)定性、良好的耐腐蝕性等諸多優(yōu)點，但其成形工藝性不佳、強度低、氣密性差，這些極大地限制了其開發(fā)與利用；目前，鱗片石墨復合板材的制備主要方法有:干混模壓法和濕混模壓法；采取干混模壓法制備鱗片石墨復合板材時，各種增強基體材料(如碳纖維網(wǎng)、玻璃纖維網(wǎng)、芳綸纖維網(wǎng)等)難以與其他粉料“復合”在一起，因此，該方法雖然工藝過程比較簡單，但板材強度偏低，氣密性差；采取濕混模壓法制備鱗片石墨復合板材時同樣會遇到上述問題，此外，濕混模壓工藝中溶劑揮發(fā)會產(chǎn)生整體厚度上的微孔對氣密性能、生產(chǎn)效率和成本產(chǎn)生較大影響，與干混法相比，實現(xiàn)大批量生產(chǎn)更為困難；隨著現(xiàn)代工業(yè)高溫、高壓、大溫差和壓差波動、腐燭性介質(zhì)、輻射等流體工況日益增多，對石墨復合板強度和氣密性能要求更苛刻，上述兩種工藝方法難以滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明提出一種高氣密性高強度石墨復合板材合石墨復合板材成型方法，首先采用鱗片石墨制備鱗片石墨漿料，然后在薄片生產(chǎn)裝置中制備出鱗片石墨半固化薄片，再將半固化薄片與增強基材逐層鋪疊在一起，最后在真空熱壓條件下固化成型，獲得所需高強度鱗片石墨復合板材。由于通過刮刀將漿料中雜亂無章的鱗片狀石墨有序相互疊加在一起，石墨薄片間的相互接觸疊加有效的阻隔氣體的滲透，且每一層半固化薄片的組織、成分及厚度均可控制，增強基材種類及其排列方向可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整，使得這種鱗片石墨復合板材具有較高氣密和強度，并易于實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和控制生產(chǎn)成本。
[0004]具體
【發(fā)明內(nèi)容】
如下:
[0005]一種石墨復合板材的制備方法(其工藝流程圖如本發(fā)明【附圖說明】的圖3)，包括如下步驟:
[0006](I)制備鱗片石墨漿料
[0007]制備鱗片石墨漿料，包括鱗片石墨粉末、有機粘接劑、增塑劑、溶劑、除泡劑、偶聯(lián)劑等，將上述各物質(zhì)按比例混合，放入攪拌器中，攪拌速度為100?250r/min，攪拌時間為60?150min，將各物質(zhì)混合均勻；最后加入除泡劑在真空度為-0.1?_2MPa的真空密封攪拌罐中進行真空脫氣、去除氣泡，攪拌速度為150?300r/min，攪拌時間為20?90min，制的鱗片石墨漿料；
[0008]所述的鱗片石墨粉末20-35份、有機粘接劑20-30份、增塑劑1.8-3.0份、溶劑40-60份、偶聯(lián)劑0.5-3份、除泡劑0.1-0.5份，其中鱗片石墨粉末至少過200目。
[0009]有機粘接劑為聚乙烯醇縮丁醛粉末和液態(tài)酚醛樹脂的混合物，或者聚乙烯醇縮丁醛粉末和液態(tài)環(huán)氧樹脂的混合物；增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇混合物；所述的溶劑為無水乙醇、環(huán)己酮兩種混合物或其中一種；偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑；除泡劑為有機硅氧烷。
[0010]或有機粘接劑為三聚氰胺甲醛樹脂，聚乙烯醇或苯酚或三聚氰胺改性的脲醛樹脂共聚材料，三聚氰胺或硫脲改性的酚醛樹脂共聚材料中的任意一種或多種。
[0011](2)制備鱗片石墨半固化片
[0012]將鱗片石墨漿料倒入自制的薄片生產(chǎn)裝置中，干燥溫度為50?90°C，干燥時間為20?90min,制備得厚度為0.05?0.5mm鱗片石墨半固化薄片。
[0013](3)增強基材預(yù)處理
[0014]增強基材進行預(yù)處理，基體為網(wǎng)狀材料，在其上涂敷一層有機粘接劑，同時在70?90°C干燥5?1min,增強基材預(yù)處理厚度為0.1?0.3_。
[0015]所述的有機粘接劑為聚乙烯醇縮丁醛粉末和液態(tài)酚醛樹脂的混合物，或者聚乙烯醇縮丁醛粉末和液態(tài)環(huán)氧樹脂的混合物；增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇混合物；所述的溶劑為無水乙醇、環(huán)己酮兩種混合物或其中一種；偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅燒偶聯(lián)劑；除泡劑為有機娃氧燒。
[0016]或有機粘接劑為三聚氰胺甲醛樹脂，聚乙烯醇或苯酚或三聚氰胺改性的脲醛樹脂共聚材料，三聚氰胺或硫脲改性的酚醛樹脂共聚材料中的任意一種或多種。
[0017]增強基材:碳纖維網(wǎng)、玻璃纖維網(wǎng)、芳綸纖維網(wǎng)、滌綸纖維網(wǎng)、尼龍網(wǎng)等中的兩種或多種。
[0018](4)片層疊加
[0019]將上述制得的鱗片石墨半固化薄片和進行預(yù)處理增強基材室溫下橫向、徑向直角交錯同時依次疊加在真空高溫壓模機模具中，片層疊加層數(shù)3?25，直到所需的厚度。交錯疊加過程中，η層磷片石墨半固化薄片和m層增強基材相關(guān)交錯疊加均為本發(fā)明的保護范圍，其中，n>m, n ^ 2, m ^ I。
[0020](5)真空熱壓成型
[0021]先對真空熱壓機真空工作室進行真空抽吸，抽吸時間為10?90s，真空度為-1?-2MPa，再分兩個階段熱壓固化成型，先低壓固化成型，后高壓固化成型，其低壓固化成形工藝參數(shù)為:低壓溫度70?90°C、低壓壓力I?5MPa、低壓時間5?15min ;再進行高壓固化成型，其高壓固化成形工藝參數(shù)為:高壓溫度120?160°C、高壓壓力5?50MPa、高壓時間20?60min，最后脫模即得到形狀完整具有氣密性好、強度高的鱗片石墨復合板材。
[0022]本發(fā)明還公開了一種薄片生產(chǎn)裝置(其結(jié)構(gòu)如本發(fā)明【附圖說明】的圖4)，所述的薄片生產(chǎn)裝置包括輸送機構(gòu)，輸送機構(gòu)上設(shè)置有分離膜的活動底板，活動底板上設(shè)置有模腔，模腔上安裝有漿料加料裝置，模腔側(cè)部安裝有刮刀，刮刀另一側(cè)設(shè)置有干燥箱，活動底板下還設(shè)置有2根脫模頂桿。所述的模腔下設(shè)置有溝槽，刮刀上下設(shè)置有活動螺桿。
[0023]工作原理如下:
[0024]將按比例制備好的鱗片石墨漿料加入到加料裝置中，慢慢調(diào)節(jié)漿料加料調(diào)節(jié)閥，并同時開啟輸送機構(gòu)使鱗片石墨漿料慢慢流到帶有分離膜的活動底板，通過輸送機構(gòu)使鱗片石墨漿料慢慢充滿帶有溝槽的模腔中、再同帶上下活動螺桿的刮刀將鱗片石墨漿料迅速刮平，經(jīng)干燥箱干燥以后，通過脫模頂桿將其脫模得到鱗片石墨半固化薄片。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0026](I)采用制備鱗片石墨半固化薄片方法，干燥時間比較短，鱗片狀石墨有序相互疊力口，有效的阻隔氣體的滲透，鱗片石墨復合板材半固化薄片層層疊加中制備的鱗片石墨復合板材不會存在整體厚度上的微孔，提高了鱗片石墨復合板材的性能；
[0027](2)采用鋪疊熱壓成型工藝通過多層鱗片石墨半固化薄片與增強基材疊真空熱壓成型可以對每一材料成分含量及厚度和疊層的層數(shù)、不同增強基材相互疊加、鱗片石墨復合板材板厚等都能精確易控，從而提高鱗片石墨復合板材的使用性能等其他要求；
[0028](3)本發(fā)明可以在實際工藝生產(chǎn)上實現(xiàn)大批量、高效率、低成本制造鱗片石墨復合板材。
【附圖說明】
[0029]圖1鱗片石墨復合板材結(jié)構(gòu)六層鋪疊示例圖。
[0030]圖2鱗片石墨復合板材結(jié)構(gòu)七層鋪疊示例圖。
[0031]圖3鱗片石墨復合板材鋪疊成型工藝流程圖。
[0032]圖4薄片生產(chǎn)裝置圖，1.輸送機構(gòu)，2.活動底板，3.模腔，4.漿料加料裝置，5.調(diào)節(jié)閥，6.刮刀，7.干燥箱，8.脫模頂桿。
【具體實施方式】
[0033]以下是發(fā)明人給出的兩個具體實施例:
[0034]實施例1:
[0035](I)制備鱗片石墨漿料
[0036]鱗片石墨漿料組成(按重量份計)，由粒徑為200目的鱗片石墨粉體:26份；有機粘接劑:25份，增塑劑:2.4份，溶劑:45.3份，偶聯(lián)劑I份，除泡劑:0.3份。
[0037]上述組份中有機粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛和酚醛樹脂的混合物，其質(zhì)量比為1:0.4;增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇混合物，其質(zhì)量比為1:2;所述的溶劑為無水乙醇、環(huán)己酮兩種混合組合，其質(zhì)量比為3:1 ;偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑；除泡劑為有機硅氧烷。
[0038]上述組份混合過程為:按照上述比例，于200r/min的攪拌速度將聚乙烯醇縮丁醛粉末投入到溶劑中，在拌機上攪拌35min，然后再加入液態(tài)酚醛樹脂，繼續(xù)攪拌15min ;再加入增塑劑、偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌1min ;再加入鱗片石墨粉末，繼續(xù)攪拌30min，使各組物質(zhì)充分混合均勻；最后加入除泡劑在真空度為-0.SMPa的真空密封攪拌罐中進行真空脫氣、去除氣泡，攪拌速度為200r/min,攪拌時間為45min,制的鱗片石墨衆(zhòng)料。
[0039](2)制備鱗片石墨半固化片
[0040]將鱗片石墨漿料倒入自制的薄片生產(chǎn)裝置中，干燥溫度為75 °C，干燥時間為60min,制備得厚度為0.4mm鱗片石墨半固化薄片I。
[0041](3)增強基材預(yù)處理
[0042]增強基材進行預(yù)處理，在玻璃纖維網(wǎng)涂敷上一層薄薄有機粘接劑，同時在80°C干燥5min，制的增強基材預(yù)處理后薄片2，玻璃纖維網(wǎng)預(yù)處理厚度為0.2mm，在芳綸纖維涂敷上一層薄薄有機粘接劑，同時在80°C干燥5min，制的增強基材預(yù)處理后薄片2，，芳綸纖維預(yù)處理厚度為0.2mm。
[0043](4)片層疊加
[0044]將上述制得的四片鱗片石墨半固化薄片I和兩片增強基材預(yù)處理薄片2、2'室溫下在模具中相互疊加橫向、徑向直角交錯同時依次疊加在真空高溫壓模機模具中，片層疊加層數(shù)6層(下圖1為六層鋪疊結(jié)構(gòu)示意圖)。
[0045](5)真空熱壓成型
[0046]先對真空熱壓機真空工作室進行真空抽吸，抽吸時間為30s，真空度為-1MPa，再分兩個階段熱壓固化成型，先低壓固化成型，后高壓固化成型，先低壓固化成型，其低壓固化成形工藝參數(shù)為:低壓溫度80°C、低壓壓力2MPa、低壓時間15min ;再進行高壓固化成型，其高壓固化成形工藝參數(shù)為:高壓溫度130°C、高壓壓力20MPa、高壓時間40min，最后脫模即得到形狀完整具有氣密性好、強度高的鱗片石墨復合板材。
[0047]一種薄片生產(chǎn)裝置，將按比例制備好的鱗片石墨漿料加入到加料裝置(4)中，慢慢調(diào)節(jié)漿料加料調(diào)節(jié)閥(5)，并同時開啟輸送機構(gòu)(I)使鱗片石墨漿料慢慢流到帶有分離膜的活動底板(2)，通過輸送機構(gòu)(I)使鱗片石墨漿料慢慢充滿帶有溝槽的模腔(