[发明专利]石墨箔、基于其的片材料、密封件和制造方法

说明书

本发明涉及石墨化碳材料的技术领域；更具体地说，涉及基于热膨胀石墨的柔性石墨箔的制造，所述箔含有无定形碳并且其特征在于增加的气密性水平。具有改善的气密性特性的石墨箔由包含压缩的热膨胀石墨和无定形碳的组合物形成，其中所述组合物由具有不同氧化程度的石墨基质的插入石墨制造，并且所述组合物含有与取决于氧化程度的I_D/I_G比的最大值对应的量的无定形碳，其中I_G和I_D分别是取决于所述插层石墨的氧化程度的、通过拉曼光谱法测量的石墨和无定形碳在1500‑1630cm^‑1和1305‑1395cm^‑1的频率范围内的散射辐射强度峰值，其中每个氧化程度的所述I_D/I_G比的最大量值大于或等于0.05。还公开了基于所述箔的片材料、密封件以及制造所述箔的方法。

技术领域

本发明涉及碳和石墨材料技术领域；更具体地说，涉及由热膨胀石墨制造柔性石墨箔，所述箔在其组成中包含无定形碳并且其特征在于低泄漏。

背景技术

柔性石墨箔(GF)通过将热膨胀石墨(TEG)压缩来获得。

TEG的制造依次包括以下几个阶段：在第一阶段，在氧化剂(K₂Cr₂O₇、KMnO₄、H₂O₂等)的存在下用浓的强布朗斯台德酸(Bronsted acid)特别是硝酸或硫酸处理天然鳞片石墨；或者在电化学合成下进行石墨基质的阳极氧化。下一阶段在于将所获得的石墨插层化合物水解，以制造插层(氧化)石墨。TEG制造的最后阶段在于氧化石墨在达到1400℃温度的热冲击下的热膨胀。

许多专利提到柔性石墨箔的操作特性的改善，特别是由无定形碳的掺入产生的石墨密封制品的硬度、强度、磨损性能等的改善。

专利US4826181描述了一种通过将GF粒子与有机粘合剂(最高60质量％)混合、将所述混合物成形为具有特定形状的物品、并将该物品加热至粘合剂的碳化温度同时形成无定形碳相来获得含无定形碳的GF的方法。该技术方案下的粘合剂形成轻微磨损的密封表面，所述密封表面在轴移动时将所述轴清洁和抛光。

专利US5225379提出使用热反应性或热塑性树脂或沥青作为粘合剂，所述粘合剂呈液态或呈固态。根据该发明的复合物特别有益于在需要具有足够硬度的弹性材料来抵抗蠕变的情况下的应用。它们可以用于在高温下和在特别具有腐蚀性的化学环境中的密封制品中，并且也可以用作轻微磨损性材料。

其它专利(例如US5228701、EP0334589A2)提到酚醛树脂在柔性石墨箔表面上的应用及其后伴随着酚醛树脂碳化的热处理、以及在材料表面和外层上无定形碳的形成。

在由上述石墨箔制成的密封环中，表面上的无定形碳相在使用期间不会剥落，并确保装置的无噪音操作。

掺入无定形碳的方法涉及至少两个另外的技术操作：引入无定形碳源(有机粘合剂、热反应性或热塑性树脂)和碳化。最耗费人力和能源并且需要复杂设备支持的是碳化阶段，因为需要确保在惰性介质中在600℃至800℃的温度下将正被碳化的材料进行数小时的长时间加热(以防止制品被空气中的氧气氧化)。用于碳化的样品尺寸由烘箱的尺寸决定。因此，所提出的方法即使使得能够掺入无定形碳并赋予石墨箔和GF类材料改善的性能，但仍然不能使此工序高效且廉价。此外，通过上述方法掺入无定形碳不利地影响箔的柔韧性，而柔韧性是制造特定制品诸如密封环、编织填料等所需要的。因此，需要一种获得含无定形碳的石墨箔的方法，所述方法将在保持在相同水平的柔韧性的同时确保箔和箔类材料的改善的操作性能。

此外，经调查的来源没有提供关于改善箔紧密性(针对气体和液体两者)的信息。碳化以一种不确定的方式影响渗透性：一方面，当用粘合剂或树脂处理时石墨箔中的孔被填充，另一方面，碳化伴随着粘合剂的分解以及气相的排出，并且如果此工序剧烈进行，则材料内部产生的压力可能导致微破裂和另外的孔。