[发明专利]一种碳纤维增强压型石墨管及制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维增强压型石墨管，该石墨管由下列重量组份比的原料制成：酚醛树脂20～30份、环氧树脂2～6份、氯化锌1～3份、丁腈橡胶6～12份、碳纤维6～12份、硅氧烷6～12份、乙醇200～400份、石墨粉65～85份。该石墨管以及方法解决了传统石墨换热管为脆性材料的诸多缺点，通过提高石墨换热管强度、韧性和尺寸稳定性来提升石墨制列管换热器整体性能。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强压型石墨管及制备方法，属于属于化工设备原材料制造工艺技术领域。

背景技术

随着当今世界工业的飞速发展，石墨制列管换热器以它优越的耐腐蚀性、高导热性、以及较低的价格，广泛地应用于石油化工、医药、轻工、冶金、纺织等工业领域，为国家节省了大量的贵重金属材料。但是，由于在温度、压力、热膨胀系数、使用寿命等方面难以得到突破，大大地限制了石墨设备的应用范围。

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石墨换热发生断裂或渗漏。

传统的压型石墨管由高粘度酚醛树脂和石墨粉经过热挤压成型，材料组成为：酚醛树脂质量百分比大约为23％，石墨粉质量百分比大约为77％，传统的酚醛树脂压型石墨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/℃。

传统工艺方法生产的压型石墨换热管，具有机械强度不高、韧性较差、抗热冲击能力差、使用中易发生断裂的缺点。所以解决好石墨换热管强度、韧性和尺寸稳定性的技术问题是提升石墨制列管换热器整体性能的关键。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种碳纤维增强压型石墨管及制备方法。该石墨管以及方法解决了传统石墨换热管为脆性材料的诸多缺点，通过提高石墨换热管强度、韧性和尺寸稳定性来提升石墨制列管换热器整体性能。

本发明的技术方案：一种碳纤维增强压型石墨管，该石墨管由下列重量组份比的原料制成：酚醛树脂20～30份、环氧树脂2～6份、氯化锌1～3份、丁腈橡胶6～12份、碳纤维6～12份、硅氧烷6～12份、乙醇200～400份、石墨粉65～85份。

前述的碳纤维增强压型石墨管中，所述石墨粉为高纯石墨制得，石墨含量≥99.9％，石墨粉配制方法如下：30-60目石墨粉占比为2/3，80-100目的石墨粉占比为1/3。

前述的碳纤维增强压型石墨管中，所述碳纤维为高模量碳纤维市售产品，纤维长5-50mm，其纯度≥99.9％。

前述的碳纤维增强压型石墨管中，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℃，搅拌升温至85℃，在釜内85℃的条件下停止加热与搅拌，开通大气阀及回流阀，等待回流；

(4)当回流阀开始出现回流液时开始计时，回流前20分钟使其自然回流，20分钟后开始搅拌，控制加热装置在恒温条件下回流；

(5)当搅拌回流接近终点时，每隔10分钟取样一次，根据水分层控制回流时间，当树脂与水分层比例为2：1时达到聚合终点，回流时间结束；

(6)达到聚合终点时，继续搅拌，打开冷却水降温，当釜温达60℃后加盐酸中和至PH＝7；