[发明专利]用于石墨列管换热器的高强高韧粘接剂及制备方法

说明书

本发明公开了用于石墨列管换热器的高强高韧粘接剂，该粘接剂用下列重量份的原料制成：酚醛树脂50～60份、环氧树脂4～10份、硬脂酸锌1～3份、丁腈橡胶5～10份、甲基磺酸4～8份、纤维6～12份、石墨粉15～25份。本发明的粘接剂具有良好的物理化学性能，对材料的表面具有优异的粘接强度，填充空间性能要好、抗流淌性好；液态时保持形状能力强；耐热性高、抗腐蚀性好；抗渗透性好、机械强度高(抗剪切)；固化时间适中；固化体积率高；固化收缩率小，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，附着力强；对被粘物的渗透性好；柔韧性较好；力学性能高、工艺性好、优良的电绝缘性优良、稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种用于石墨列管换热器的高强高韧粘接剂及制备方法，属于石墨制化工设备制造工艺技术领域。

背景技术

石墨制列管换热器是化工生产中常用的热交换设备，广泛应用于化工防腐蚀环境下的间壁式热交换操作单元。传统的石墨制列管换热器，在生产实践和应用中暴露出的诸多问题，如：耐压能力小、耐温性能差、使用寿命短、返修率高、质量稳定性差等。出现问题最多的环节是管板与石墨换热管粘接处发生断裂或渗漏。所以解决好管板与石墨换热管粘这一个环节的技术问题是提升石墨制列管换热器整体性能的关键。

传统的石墨制列管换热器的管板为浸渍石墨材料制成，换热管为压型石墨管，粘接剂为酚醛石墨胶泥，三种材料物理力学性能差异很大，强度和热胀冷缩系数的差异是导致管板与石墨换热管粘接处发生断裂或渗漏的根本因素。

经酚醛树脂浸渍的石墨材料物理力学性能如下：体积密度≥1820kg/ m³、抗压强度≥70MPa、抗拉强度≥21MPa、抗弯强度≥31.5MPa、导热系数 105～128W/(m﹒K)、线胀系数4.0×10^-6/℃。

酚醛石墨粘接剂物理力学性能如下：浇注件抗压强度≥60.0Mpa、浇注件抗拉强度≥12.0Mpa、粘接抗拉强度≥10.0Mpa、粘接抗剪强度≥12.0Mpa、热固化线收缩率≤0.37(130℃)％、线胀系数25～27(130℃)×10^-6/℃。

酚醛石墨压型换热管物理力学性能如下：体积密度≥1800kg/m³、抗压强度≥73.5MPa、抗拉强度≥16.7MPa、抗弯强度≥50.0(Φ32/Φ22)MPa、导热系数31.4～40.7W/(m﹒K)、线胀系数8.2×10^-6/℃

粘接剂是连接管板和换热管的桥梁和纽带，传统酚醛石墨粘接剂脆性高，因此提高它的韧性是改善酚醛胶粘剂性能的关键技术。可实现粘接缝强度高于母材自身强度这一基本要求，使得生产中换热管粘接在应用上更加可靠。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于石墨列管换热器的高强高韧粘接剂及制备方法。满足不同膨胀系数间的过渡，解决热胀冷缩系数不一致的问题。

本发明的技术方案：用于石墨列管换热器的高强高韧粘接剂，该粘接剂用下列重量份的原料制成：酚醛树脂50～60份、环氧树脂4～15份、硬脂酸锌1～3份、丁腈橡胶5～10份、甲基磺酸4～8份、纤维6～12份、石墨粉15～25份。

前述的用于石墨列管换热器的高强高韧粘接剂，所述酚醛树脂用下列质量组份比的原料制成，苯酚：甲醛：碳酸钠＝100：45：1；

具体的制作工艺方法如下：

(1)将苯酚由晶体溶解为液体，然后将苯酚投入反应釜中；

(2)将甲醛投入反应釜中，釜内温度保持35℃～40℃，搅拌10-15分钟，搅拌前打开大气阀，搅拌均匀后，停止2～3分钟；

(3)将碳酸钠催化剂加入釜内，关闭所有阀门，开始搅拌升温，搅拌升温速度≤1.5℃/分钟，搅拌升温至釜内85℃时停止加热与搅拌，开通大气阀及回流阀，等待回流；