[发明专利]以乳化沥青作粘结剂的人造石墨制品及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨制品技术领域，具体涉及一种以乳化沥青作粘结剂的人造石墨制品及其制备方法。

背景技术

各向同性石墨是一类高档次的人造石墨材料，在诸多高新技术领域有着广泛应用。一般情况下，用沿两个互相垂直方向上的线性热膨胀系数的比值来描述石墨的各向同性性质，称为各向同性度。根据ASTM标准C 709-06对核石墨的规定，各向同性度介于1.00-1.10的属于各向同性石墨；介于1.10-1.15的称近各向同性石墨；大于1.15的称为各向异性石墨。

各向同性石墨的生产流程与普通石墨制品基本相同。在各向同性石墨的生产中，粘结剂及其与骨料的混捏工序十分重要。颗粒及粉状骨料不具有可成型性，需依靠粘结剂才能形成有一定形状和强度的生制品。粘结剂在后续炭化过程中也转变成和骨料一样的炭质，把骨料颗粒粘结在一起。粘结剂与骨料的结合状况很大程度上影响着石墨的最终性能。目前使用最广泛的粘结剂是煤焦油沥青，性能优异的粘结剂沥青应具有的特点有：1.较高的软化点。沥青软化点较高时，炭化收率也高，对石墨生产有利。改质沥青的软化点一般大于100℃，结焦率大于50％，性能好于普通中温沥青。2.与骨料有较好的亲和性。粘结剂沥青与骨料的亲和性好，可以把骨料表面充分浸润，混捏时形成的混合料均匀。除沥青外，也有用热塑性树脂做粘结剂的，如酚醛树脂、呋喃树脂等。

软化点是煤沥青重要的物理性质之一。一般软化点75℃以下的称软沥青；75-90℃的称中温沥青；90℃以上的为高温沥青。改质沥青是由中温沥青经过聚合处理，软化点一般高于100℃，喹啉不溶物含量约10％，炭化收率较高。目前国外普遍用改质沥青替代中温沥青用于生产炭素制品的粘结剂。

煤沥青是一系列稠环大分子的混合体系。组成沥青的化合物可能有几百、上千种之多，成分复杂，因而对不同溶剂的作用也不同。沥青不能完全溶于某种单一溶剂，但可以用几种不同溶剂依次萃取，把沥青分成不同组分加以研究。常用的溶剂如甲苯、己烷、四氢呋喃、吡啶、喹啉等。如用甲苯萃取可将沥青分为甲苯可溶、甲苯不溶物。甲苯不溶物继续用喹啉萃取可分为喹啉可溶物、喹啉不溶物。其中甲苯不溶物-喹啉可溶物称β树脂，对炭素材料来说，β树脂含量高的沥青产炭率一般也高。

粘结剂通过混捏与骨料相互混合，混捏要达到的目的是：1.使不同级配骨料充分混合均匀。2.使粘结剂与骨料很好的浸润，在骨料表面均匀地包裹一层粘结剂。3.使部分粘结剂渗透进入骨料的孔隙中。目前应用最多的是双轴搅拌混捏机。操作时，骨料和粘结剂从上端加入，加热搅拌。混捏温度根据煤沥青的粘度-温度曲线确定，一般选在沥青粘度剧烈下降的温度区间，通常比沥青软化点高50-70℃。

然而当制备细结构石墨、超细结构石墨及各向同性石墨时，骨料粒度细小，传统的混捏方法会出现问题。细粒度骨料表面积较大，沥青使用量增加，给焙烧造成一定困难。而且焙烧后制品的密度变得更低，可能会增加浸渍次数。另一方面，骨料粒度越细越不容易与沥青混合均匀，造成制品中含有缺陷，组织结构不均一等问题，目前通常采用延长混捏时间加以应对。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种以乳化沥青作粘结剂的人造石墨制品及其制备方法，以乳化沥青为粘结剂，乳化沥青与骨料相遇后乳化沥青随机发生分裂，保证了沥青对骨料包覆的均匀性，故对某些成型方式，如模压、等静压，粘结剂用量可比一般混捏方式少，乳化沥青是完全水系的，无需使用有机溶剂，故操作过程环保简便。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种以乳化沥青作粘结剂的人造石墨制品，其原料包括粘结剂与骨料，粘结剂与骨料的质量比为(0.05-0.70)∶1，所述骨料为：石油焦、沥青焦、二次焦、天然微晶石墨、中间相炭微球或石墨返回料中的一种或几种；当骨料为两种或两种以上时，不同骨料彼此之间没有比例限定；当骨料的主体是天然微晶石墨时，天然微晶石墨占骨料质量的50-100％，其余料为沥青焦、石油焦、二次焦、中间相炭微球或石墨返回料中的一种或几种，且彼此没有比例限定；所述的粘结剂为乳化沥青，沥青固相重量含量40-70％，沥青软化点60-100℃。

所述人造石墨制品的各向同性度α≤1.15，具体为：按成型方法区分，模压成型、挤压成型的制品，各向同性度α≤1.15；振动成型和等静压成型制品，α≤1.10；按骨料类型区分，二次焦、天然微晶石墨、中间相炭微球所得制品，α≤1.10；添加石油焦、沥青焦及其他骨料所得制品α≤1.15。