專利名稱：一種超細碳素粉末表面合成樹脂的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高密髙強度碳素材料的制作工藝，具體涉及一種在超細碳素粉末表面合 成樹脂的工藝，經(jīng)該工藝生產(chǎn)的混合粉可用于制造高密高強碳石墨材料。
背景技術(shù)：
炭石墨材料具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨以及低摩擦系數(shù)、高比強度等優(yōu)良性能，而被廣 泛運用于鋼鐵、化工、機械、汽車、電子、能源和航天航空等領(lǐng)域。隨著工業(yè)的發(fā)展，對材 料的性能要求也越來越高，使用環(huán)境也更苛刻。為提高炭石墨材料的綜合性能，采用超細炭 石墨粉末作原材料，是科研工作者一直所努力追求的改進方法。在傳統(tǒng)碳石墨制品生產(chǎn)中， 由于超細炭石墨粉末的團聚、高表面積以及粘結(jié)劑在粉末表面的低潤濕性，使得很難通過混 捏的方式，在超細石墨粉表面獲得均勻分散的樹脂粘結(jié)劑。在許多情況下，為了提高極性物 質(zhì)在非極性環(huán)境/溶劑中的潤濕性，可使用表面活性劑，但在炭石墨粉末表面沒有足夠的極 性基團，所以效果也并不理想。在這種情況下往往需要采用較多的粘結(jié)劑來處理超細碳石墨 粉。然而隨著粘結(jié)劑含量的增加，最終會對炭石墨材料的性能帶來很大的負面影響。這是因 為在燒結(jié)時，粘結(jié)劑一部分碳化，以固定炭的方式殘留在制品內(nèi)，促進燒結(jié)并補強制品的機 械強度，而另一部分則會以揮發(fā)分的方式逸出制品外。粘結(jié)劑的含量以及殘?zhí)悸适怯绊懱渴?墨材料綜合性能的非常重要的因素，粘結(jié)劑含量高會導(dǎo)致制品密度的降低，燒結(jié)時產(chǎn)生大量 的揮發(fā)份還會引起制品的開裂，大制品的成品率低。如何減少粘結(jié)劑用量和提高殘?zhí)悸?，?獲得綜合性能優(yōu)異的三高碳石墨材料的關(guān)鍵所在(高純、高密、高強度)。
為避免使用大量樹脂粘結(jié)劑帶來的負面影響，國內(nèi)外進行了大量的開發(fā)研究，開發(fā)了幾 種自燒結(jié)炭素粉末。其中，研究最多的是中間相炭微球，由瀝青或芳香稠環(huán)化合物經(jīng)液相炭 化而得到的中間相炭微球(MCMB)本身具有粘結(jié)性，可以直接模壓或等靜壓成型后，自燒結(jié) 成為高密度各向同性炭材料(HDIC)。這種細結(jié)構(gòu)高密高強炭材料以其良好的機械性能、導(dǎo)熱、導(dǎo)電及各向同性等特性而應(yīng)用于熱壓模具、金屬連鑄結(jié)晶器和半導(dǎo)體生產(chǎn)用坩堝容器、 燃料電池雙極板以及核反應(yīng)堆堆芯結(jié)構(gòu)材料等現(xiàn)代尖端技術(shù)領(lǐng)域。其次是采用未經(jīng)煅燒的延 遲焦(生焦粉)，將延遲焦揮發(fā)分含量控制為7 2 0%，經(jīng)破碎、磨粉后壓制成型，經(jīng)過 高溫碳化以及石墨化后，不需要多次浸漬瀝青及多次焙燒，即可獲得高強度、高密度碳素材 料。
以上兩種粉末的粘結(jié)性和自燒結(jié)性均源于顆粒表面的少量高分散性的高聚物MCMB的 自燒結(jié)性源于顆粒表面的e-樹脂(苯不溶一喹啉可溶組分)，在炭化初期這些低熔點的輕 組分熔融，從而實現(xiàn)一定程度的液相燒結(jié)；炭化過程中坯體燒結(jié)收縮，顆粒緊密結(jié)合在一起。 而延遲焦的自燒結(jié)性也源于殘留在延遲焦中少量的高聚物。
然而采用中間相炭微球生產(chǎn)高密高強炭材料所需的生產(chǎn)周期長、成本高。采用延遲焦時， 燒結(jié)后的收縮率又非常大，制品易開裂，成品率低。因此上述兩種方式都難以進行大規(guī)模工 業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有高密高強碳材料生產(chǎn)工藝存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種新型的超 細碳素粉末表面合成樹脂工藝，本工藝不但流程短、操作方便、可靠、易控制、成本低，而 且可以方便控制粘結(jié)劑生成量，做到粘結(jié)劑生成量少而碳素粉末和粘結(jié)劑界面結(jié)合力強，可 合成高分子量樹脂粘結(jié)劑，減少燒結(jié)揮發(fā)份，提高樹脂殘?zhí)悸剩瑥亩玫礁咝阅艿母呙芨邚?碳石墨材料。
由于合成的樹脂不同，原料的加入方案相應(yīng)不同，本發(fā)明解決方案分別敘述 1、在超細碳素粉末表面合成熱塑性酚醛樹脂的工藝，它包括如下步驟
(1) 將稱量好的碳素粉末加入到帶有氣體加料管、冷凝回流裝置和抽真空裝置的混捏 鍋中，攪拌均勻，并升溫至50 8(TC;
(2) 將稱量好的苯酚和酸性催化劑加入到混捏鍋中，關(guān)閉混捏鍋以及氣體加料管、冷 凝回流裝置和抽真空裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，溫度控制在50 80'C，混合10 20min，苯酚 加入質(zhì)量為碳素粉末質(zhì)量的15~25%，酸性催化劑加入質(zhì)量為苯酚質(zhì)量的1~15%;
G)打開氣體加料管和冷凝回流裝置閥門，通入甲醛氣體，繼續(xù)攪拌，溫度控制在60~90'C，甲醛加入量與苯酚加入量的摩爾比為1.00~1.05: 1,控制甲醛氣體加入速度，使甲醛完
全加入時間為3 7h，甲醛氣體加完后，關(guān)閉氣體加料管閥門，繼續(xù)反應(yīng)l 2h;
(4)關(guān)閉冷凝回流裝置閥門，打開抽真空裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，并升溫至120~150 °C，減壓蒸餾出混合粉末中的水分、甲醛、苯酚、催化劑以及小分子量的酚醛樹脂，減壓蒸 餾l 2h，即在碳素粉末表面合成熱塑性酚醛樹脂。
2、在超細碳素粉末表面合成熱固性酚醛樹脂的工藝，它包括如下步驟
(1) 將稱量好的碳素粉末加入到帶有氣體加料管和冷凝回流裝置的混捏鍋中，攪拌均 勻，并升溫至50-80°C;
(2) 將稱量好的苯酚和堿性催化劑加入到混捏鍋中，關(guān)閉混捏鍋以及氣體加料管和冷 凝回流裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，溫度控制在50 8(TC，混合10 20min;苯酚加入質(zhì)量為碳 素粉末質(zhì)量的15~25%，堿性催化劑加入質(zhì)量為苯酚質(zhì)量的1 25%;
G)打開氣體加料管和冷凝回流裝置閥門，通入甲醛氣體，繼續(xù)攪拌，溫度控制在60~90
°C;甲醛加入量與苯酚加入量的摩爾比為1.0~1.5: 1;控制甲醛氣體加入速度，使甲醛完全
加入時間為3 7h，甲醛氣體加完后，關(guān)閉氣體加料管閥門，繼續(xù)反應(yīng)l 2h;
(4)上述粉末，經(jīng)水洗至中性，然后再在10(TC 12(TC下，減壓蒸餾2 3h，即在碳素 粉末表面合成熱固性酚醛樹脂。
如果把上述兩工藝中的苯酚改為鄰甲酚，那么就變成在超細碳素粉末表面合成鄰甲酚醛 樹脂的工藝。
在上述工藝2的第(2)或(3)步中加入酚醛樹脂改性劑，其加入量為苯酚質(zhì)量的2%~25%， 那么就變成在超細碳素粉末表面合成改性酚醛樹脂的工藝。
上述所得粉末經(jīng)粉碎、過篩、成型、燒結(jié)后，即可得到高密高強度碳素材料。 本合成工藝，有效地提高了樹脂在碳素粉末表面分布的均勻性和碳-樹脂界面結(jié)合力， 可以方便控制粘結(jié)劑生成量，減少粘結(jié)劑用量；同時可以有效地提高粘結(jié)劑的分子量，并提 高粘結(jié)劑的殘?zhí)悸?，?jīng)該工藝生產(chǎn)的混合粉可用于制造高密高強碳石墨材料。另外，本工藝 把樹脂合成結(jié)合于混捏工藝中，有利于降低能耗。本工藝流程短、操作方便、可靠、易控制、 成本低，無需洗滌催化劑和添加溶劑，產(chǎn)生的廢液量也較小，有利于環(huán)保。
具體實施例方式
以下結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。
由于在超細碳素粉末表面可以合成不同的樹脂，其原料加入方案不同，以下分別對此進 行說明。
一、 在超細碳素粉末表面合成熱塑性酚醛樹脂的工藝，它包括如下步驟
(1) 將稱量好的碳素粉末加入到帶有氣體加料管、冷凝回流裝置和抽真空裝置的混捏 鍋中，攪拌均勻，并升溫至50 8(TC;
(2) 將稱量好的苯酚和酸性催化劑加入到混捏鍋中，關(guān)閉混捏鍋以及氣體加料管、冷
凝回流裝置和抽真空裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，溫度控制在50 80'C，混合10 20分鐘，苯酚 加入質(zhì)量為碳素粉末質(zhì)量的15~25%;所述酸性催化劑可以是草酸、鹽酸、硫酸、磷酸、甲 酸、乙酸、水楊酸、甲苯黃酸等中的一種或其中任何幾種任意比例的混合物，酸性催化劑加 入質(zhì)量為苯酚質(zhì)量的1~15%;
(3) 打開氣體加料管和冷凝回流裝置閥門，通入甲醛氣體，繼續(xù)攪拌，溫度控制在60-90 'C，甲醛加入量與苯酚加入量的摩爾比為1.00~1.05: 1，控制甲醛氣體加入速度，使甲醛完 全加入時間為3 7h,甲醛氣體加完后，關(guān)閉氣體加料管閥門，繼續(xù)反應(yīng)l 2h;
(4) 關(guān)閉冷凝回流裝置閥門，打開抽真空裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，并升溫至120~150 °C，減壓蒸餾l 2h，即在碳素粉末表面合成熱塑性酚醛樹脂。
二、 在超細碳素粉末表面合成熱固性酚醛樹脂的工藝，它包括如下步驟
(1) 將稱量好的碳素粉末加入到帶有氣體加料管和冷凝回流裝置的混捏鍋中，攪拌均 勻，并升溫至50 8(TC;
(2) 將稱量好的苯酚和堿性催化劑加入到混捏鍋中，關(guān)閉混捏鍋以及氣體加料管和冷 凝回流裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，溫度控制在50 8(TC，混合10 20分鐘；苯酚加入質(zhì)量為碳 素粉末質(zhì)量的15~25%，所述堿性催化劑可以是氨水，也可以是鈉、鉀、鋅、鈣、鋇等金屬 的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽等，堿性催化劑加入質(zhì)量為苯酚質(zhì)量的1~25%;
(3) 打開氣體加料管和冷凝回流裝置閥門，通入甲醛氣體，繼續(xù)攪拌，溫度控制在60~90
°C;甲醛加入量與苯酚加入量的摩爾比為1.0-1.5: 1;控制甲醛氣體加入速度，使甲酵完全
加入時間為3 7h，甲醛氣體加完后，關(guān)閉氣體加料管閥門，繼續(xù)反應(yīng)l 2h;(4)上述粉末，經(jīng)水洗至中性，然后再在10(TC 12(TC下，減壓蒸餾2 3h，即在碳素 粉末表面合成熱固性酚醛樹脂。
如果把上述兩工藝中的苯酚改為鄰甲酚，那么就變成在超細碳素粉末表面合成鄰甲酚醛 樹脂的工藝。如果把上述兩工藝中的苯酚改為丙烯基酚，那么就變成在超細碳素粉末表面合 成丙烯基酚醛樹脂的工藝。
如果在上述第二種工藝第(2)或(3)步中加入酚酸樹脂改性劑對苯酚的酚羥基進行醚 化，其加入量為苯酚質(zhì)量的2%~25%，那么就變成在超細碳素粉末表面合成改性酚醛樹脂的 工藝。
如果用硼酸對苯酚的酚羥基進行醚化，可獲得硼改性酚醛樹脂；如果采用其他酚類物質(zhì) (如鄰甲酚)，并用環(huán)氧氯丙垸對酚羥基進行醚化，可獲得鄰甲環(huán)氧酚醛樹脂。如果加入的 是對二苯酚(另一種原料是環(huán)氧氯丙烷)，就合成環(huán)氧樹脂。不管何種樹脂，其工藝完全相 同，只是原料有所改變。
上述所得粉末經(jīng)粉碎、過篩、成型、燒結(jié)后，即可得到高密高強度碳素材料。
上述合成樹脂工藝中的碳素粉末可以是石墨粉、焦炭粉、炭黑等的一種或幾種混合粉末， 其比例可根據(jù)碳素材料的用途進行確定。
所述排除小分子氣體的方式為在混捏鍋中進行的減壓蒸餾，也可以常壓蒸餾，還可以是 在較低溫度下的通風干燥，除在混捏鍋中，也可以在其他蒸餾和干燥設(shè)備中進行。
所述甲醛加入方式為含水量較少的甲醛氣體。采用福爾馬林、多聚甲醛也可以獲得較好 的混捏效果，而采用甲酸氣體，則可以獲得更佳的效果。
所述樹脂為酚類與醛類縮合反應(yīng)得到的酚醛樹脂，酚類可包括苯酚、鄰甲酚、丙烯基酚 等的一種或其混合物。
以下給出幾個具體實施例。
實施例l:在超細碳素粉末表面合成熱塑性酚醛樹脂的工藝，其步驟為
(1) 稱量400克粒徑小于5微米焦碳粉和100克粒徑小于2微米的球形石墨粉加入到 帶有氣體加料管、冷凝回流裝置和抽真空裝置的容積為l升的混捏鍋中，攪拌均勻，并升溫
至70。C;
(2) 稱量苯酚100克(碳素粉末質(zhì)量的20%)和10克草酸(苯酚質(zhì)量的10%)加入到混捏鍋中，關(guān)閉混捏鍋以及氣體加料管、冷凝回流裝置和抽真空裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，溫 度控制在70。C，混合20分鐘；
(3) 打開氣體加料管和冷凝回流裝置閥門，通入含甲醛34克(甲醛與苯酚質(zhì)量摩爾比 為1.05:1)、含水2克的混合氣體(也可以是加入92克濃度為37%的甲醛水溶液，下同)， 控制氣體流量為7.2克/小時，繼續(xù)攪拌，溫度控制在90'C;甲醛氣體加完(需要5小時) 后，關(guān)閉氣體加料管閥門，繼續(xù)反應(yīng)l小時；
(4) 關(guān)閉冷凝回流裝置閥門，打開抽真空的闊門，繼續(xù)攪拌，并升溫至150°C，減壓 蒸餾出混合粉末中的水分、甲醛、苯酚、草酸以及小分子量的酚醛樹脂，減壓蒸餾1.5 h， 即在碳素粉末表面合成熱塑性酚醛樹脂。
實施例1為在酸性條件下合成熱塑性酚醛樹脂工藝，所得混合粉末可用于制造機械密封 碳石墨材料。
實施例2:在超細碳素粉末表面合成熱固性酚醛樹脂的工藝，其步驟為
(1) 稱量500克粒徑小于2微米的高純石墨粉加入到帶有氣體加料管、冷凝回流裝置 和抽真空裝置的容積為l升的混捏鍋中，攪拌均勻，并升溫至6(TC;
(2) 稱量苯酚125克(碳素粉末質(zhì)量的25%)和飽和氨水溶液10克(苯酚質(zhì)量的8%) 加入到混捏鍋中，關(guān)閉混捏鍋以及氣體加料管、冷凝回流裝置和抽真空裝置的閥門，繼續(xù)攪 拌，溫度控制在6(TC，混合10分鐘；
(3) 打開氣體加料管和冷凝回流裝置閥門，通入含甲醛44克(甲醛與苯酚質(zhì)量摩爾比 為1.1:1)、含水3克的混合氣體，控制氣體流量為9.4克/小時，繼續(xù)攪拌，溫度控制在70 °C;甲醛氣體加完(需要5小時)后，關(guān)閉氣體加料管閥門，繼續(xù)反應(yīng)l小時；
(4) 取出混合粉末，并洗滌至中性，分離水分，再加入到混捏鍋中，攪拌，并升溫至 IO(TC，蒸餾3h，即在碳素粉末表面合成熱固性酚酸樹脂。
實施例2為在堿性條件下合成熱固性酚醛樹脂工藝，所得粉末可用于樹脂石墨電刷材料。
實施例3:在超細碳素粉末表面合成鄰甲環(huán)氧酚醛樹脂的工藝，其步驟為 (1)稱量500克粒徑小于2微米的高純石墨粉加入到帶有氣體加料管、冷凝回流裝置 和抽真空裝置的容積為l升的混捏鍋中，攪拌均勻，并升溫至5(TC;(2) 稱量鄰甲酚100克(碳素粉末質(zhì)量的20%)和濃度為50%的氫氧化鈉溶液20克(鄰 甲酚質(zhì)量的20%)加入到混捏鍋中，關(guān)閉混捏鍋以及氣體加料管、冷凝回流裝置和抽真空裝 置的閥門，繼續(xù)攪拌，溫度控制在50'C，混合10分鐘；
(3) 打開氣體加料管和冷凝回流裝置閥門，通入含甲醛33克(甲醛與鄰甲酚質(zhì)量摩爾 比為1.2:1)、含水3克和含環(huán)氧氯丙烷20克的混合氣體，控制氣體流量為8克/小時，繼續(xù) 攪拌，溫度控制在7(TC;氣體加完(需要7小時)后，關(guān)閉氣體加料管閥門，繼續(xù)反應(yīng)2 小時；
(4) 取出混合粉末，并洗滌至中性，分離水分，再加入到混捏鍋中，攪拌，并升溫至 120°C,蒸餾2h，即在碳素粉末表面合成鄰甲環(huán)氧酚醛樹脂。
實施例3采用鄰甲酚并用環(huán)氧氯丙垸對酚羥基進行醚化，可獲得鄰甲環(huán)氧酚醛樹脂，所 得粉末可用于樹脂石墨電刷材料。
實施例4:在超細碳素粉末表面合成硼改性酚醛樹脂的工藝，其步驟為
(1) 稱量400克粒徑小于5微米焦碳粉和100克粒徑小于2微米的球形石墨粉加入到 帶有氣體加料管、冷凝回流裝置和抽真空裝置的容積為l升的混捏鍋中，攪拌均勻，并升溫
至60。C;
(2) 稱量苯酚80克(碳素粉末質(zhì)量的16%)、硼酸4克(苯酚質(zhì)量的5%)和濃度為 50%的氫氧化鈉溶液8克(苯酚質(zhì)量的10%)加入到混捏鍋中，關(guān)閉混捏鍋以及氣體加料管、 冷凝回流裝置和抽真空裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，溫度控制在6(TC，混合20分鐘；
(3) 打開氣體加料管和冷凝回流裝置閥門，通入含甲醛28克(甲醛與苯酚質(zhì)量摩爾比 為1.1:1)、含水2克的混合氣體，控制氣體流量為7.5克/小時，繼續(xù)攪拌，溫度控制在卯 °C;甲醛氣體加完(需要4小時)后，關(guān)閉氣體加料管閥門，繼續(xù)反應(yīng)1.5小時；
(4) 取出混合粉末，并洗滌至中性，分離水分，再加入到混捏鍋中，攪拌，并升溫至 ll(TC,蒸餾2.5h，即在碳素粉末表面合成硼改性酚醛樹脂。
實施例4用硼酸對苯酚的酚羥基進行醚化，獲得硼改性酚醛樹脂，所得粉末可用于制造 高密高強度碳石墨機械材料。 本發(fā)明原理如下
在50'C 8(TC的溫度下，苯酚(或鄰甲酚，下同)具有較低的表面張力和良好的流動性，在其含量較小的情況下，也很容易通過超細碳素粉末表面的物理和化學吸附作用，在碳素粉 末的表面形成均勻穩(wěn)定的一層吸附膜。通過控制苯酚的加入量，可以使苯酚大部分以這種液 膜的方式存在，苯酚含量越小，這種液膜越均勻穩(wěn)定。甲醛氣體加入后，其對液膜的均勻穩(wěn) 定性的影響較小。這樣使得甲醛(通過擴散后)與苯酚的合成反應(yīng)控制在碳素粉末表面的液 膜內(nèi)，因此本發(fā)明保證了酚醛樹脂在碳素粉末表面形成均勻分布的核殼結(jié)構(gòu)。同時，小分子 的苯酚很容易浸入到碳素粉末表面的溝壑和孔隙中，甲酸也較容易通過擴散與其發(fā)生反應(yīng)合 成酚醛樹脂，處于溝壑與孔隙中的酚醛樹脂增強了樹脂與碳素粉末的界面結(jié)合強度。因此本 發(fā)明的混捏工藝使樹脂與碳素粉末達到了最佳的混捏狀態(tài)。而采用傳統(tǒng)工藝，如背景技術(shù)所 述，粘結(jié)劑很難均勻分布在碳素粉末的表面，并且高分子粘結(jié)劑也較難進入碳素粉末表面的 溝壑與孔隙中，從而很難在較低的粘結(jié)劑含量下滿足混合粉的成型性能。
另外，由于粘結(jié)劑的分子量越高，高溫分解時逸出的小分子氣體越少，粘結(jié)劑的殘?zhí)柯?也越高。因此在制作碳素材料時，多采用高分子量的粘結(jié)劑，如高分子量酚醛樹脂、高溫瀝 青、高溫石油樹脂等。在傳統(tǒng)工藝中，隨粘結(jié)劑分子量的增加，所需稀釋劑越多，并且混捏 難度也會加大。樹脂的分子量可以通過控制反應(yīng)體系中水分的含量(甲醛氣體加入時，帶入 水分較少)、催化劑的濃度(因為其含有水分)、反應(yīng)時間以及苯酚甲醛比例來實現(xiàn)。本發(fā)明 工藝中甲醛過量，含水量較少(加入的是甲醛氣體，帶入水分的量相對較少)，催化劑濃度 較高，反應(yīng)時間較長，在抽真空前不進行酸堿中和，都有利于提高酚醛樹脂的分子量，因此 本發(fā)明工藝可以在合成過程中提高酚醛樹脂分子量。因此本合成工藝可以有效提高粘結(jié)劑的 分子量，從而提高其殘?zhí)柯?。綜上所述，采用本發(fā)明的混捏工藝，可以減少粘結(jié)劑用量和提 高粘結(jié)劑殘?zhí)悸?，從而有效提高碳素材料的密度和強度?br> 本發(fā)明的合成工藝，有效的提高了樹脂在碳素粉末表面分布的均勻性和碳-樹脂界面結(jié) 合力，減少粘結(jié)劑用量，并可提高粘結(jié)劑的殘?zhí)悸?，從而有效提高了碳素材料的密度和強度?另外，本發(fā)明工藝把樹脂合成結(jié)合混捏工藝中，有利于降低能耗。同時，該工藝無需洗滌催 化劑和添加溶劑，產(chǎn)生的廢液量也較小，有利于環(huán)保。本工藝除了用于超細碳素粉末表面合 成樹脂外，還可以用于普通碳素粉末表面合成樹脂。
權(quán)利要求
1、一種超細碳素粉末表面合成樹脂的工藝，其特征在于它包括如下步驟(1)將稱量好的碳素粉末加入到帶有氣體加料管、冷凝回流裝置和抽真空裝置的混捏鍋中，攪拌均勻，并升溫至50～80℃；(2)將稱量好的苯酚和酸性催化劑加入到混捏鍋中，關(guān)閉混捏鍋以及氣體加料管、冷凝回流裝置和抽真空裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，溫度控制在50～80℃，混合10～20min，苯酚加入質(zhì)量為碳素粉末質(zhì)量的15～25％，酸性催化劑加入質(zhì)量為苯酚質(zhì)量的1～15％；(3)打開氣體加料管和冷凝回流裝置閥門，通入甲醛氣體，繼續(xù)攪拌，溫度控制在60～90℃，甲醛加入量與苯酚加入量的摩爾比為1.00～1.05∶1，控制甲醛氣體加入速度，使甲醛完全加入時間為3～7h，甲醛氣體加完后，關(guān)閉氣體加料管閥門，繼續(xù)反應(yīng)1～2h；(4)關(guān)閉冷凝回流裝置閥門，打開抽真空裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，并升溫至120～150℃，減壓蒸餾1～2h，即在碳素粉末表面合成樹脂。
2、 一種超細碳素粉末表面合成樹脂的工藝，其特征在于它包括如下步驟(1) 將稱量好的碳素粉末加入到帶有氣體加料管和冷凝回流裝置的混捏鍋中，攪拌均勻，并升溫至50 80。C;(2) 將稱量好的苯酚和堿性催化劑加入到混捏鍋中，關(guān)閉混捏鍋以及氣體加料管和冷 凝回流裝置的閥門，繼續(xù)攪拌，溫度控制在50 8(TC，混合10 20min;苯酚加入質(zhì)量為碳 素粉末質(zhì)量的15~25%，堿性催化劑加入質(zhì)量為苯酚質(zhì)量的1~25%;(3) 打開氣體加料管和冷凝回流裝置閥門，通入甲醛氣體，繼續(xù)攪拌，溫度控制在60-90 °C;甲醛加入量與苯酚加入量的摩爾比為1.0-1.5: 1;控制甲醛氣體加入速度，使甲醛完全 加入時間為3 7h,甲醛氣體加完后，關(guān)閉氣體加料管閥門，繼續(xù)反應(yīng)l 2h;(4) 上述粉末，經(jīng)水洗至中性，然后再在10(TC 12(TC下，減壓蒸餾2 3h，即在碳素 粉末表面合成樹脂。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超細碳素粉末表面合成樹脂的工藝，其特征在于所述 苯酚為鄰甲酚或丙烯基酚。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細碳素粉末表面合成樹脂的工藝，其特征在于在第(2) 或(3)步中加入酚醛樹脂改性劑，酚醛樹脂改性劑加入質(zhì)量為苯酚質(zhì)量的2°/。~25°/。。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高密高強度碳素材料的制作工藝，具體涉及一種在超細碳素粉末表面合成酚醛樹脂的工藝，經(jīng)該工藝生產(chǎn)的混合粉可用于制造高密高強碳石墨材料。其特征在于，通過超細碳素粉末表面的物理和化學吸附，苯酚先在其表面形成均勻穩(wěn)定的吸附膜。通入甲醛氣體后，在碳素粉末表面的液膜內(nèi)合成酚醛樹脂。從而得到具有核殼結(jié)構(gòu)的混合粉末。本發(fā)明的合成工藝，有效的提高了樹脂在碳素粉末表面分布的均勻性和碳-樹脂界面結(jié)合力，減少粘結(jié)劑用量，并可提高粘結(jié)劑的殘?zhí)悸?，從而有效提高了碳素材料的密度和強度?br> 文檔編號C01B31/00GK101318649SQ20081007002
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者夏立博, 李春林, 建 陳 申請人:四川理工學院