多孔石墨的擠出成形方法
2023-10-11 20:56:44 1
專利名稱：多孔石墨的擠出成形方法
技術領域：
本發明屬於多孔石墨材料技術領域，具體涉及一種多孔石墨的擠出成形方法。
背景技術：
多孔石墨材料是石墨的一種主要的產品形式。它是以天然的鱗片石墨為原材料，經過化學插層、高溫膨化、碾壓等程序生產而成的。多孔石墨具有吸附能力強、柔軟、自緊密性、導熱導電等特點，在許多領域具有廣泛的應用價值。目前，由於石墨的自緊密特性，多孔石墨的成型方法主要採用碾壓方式。採用碾壓成型比較適合製備大面積形式的石墨產品，如石墨箔、石墨氈、石墨帶等等。但是碾壓方法對於膨脹石墨內的孔結構的破壞是比較明顯的，經過多次的碾壓程序，膨脹石墨中孔隙率降低可達50％以上。由於這個原因，碾壓成型方法多用於生產用作密封材料等用途的石墨製品。而多孔石墨的多孔特性未能得到充分的應用。此外由於碾壓方法的局限性，其生產過程存在明顯的間斷性，不利於提高石墨產品的生產效率。
發明內容
本發明的目的在於提出一種能有效保存膨脹石墨孔結構，且可連續生產的多孔石墨的成形方法。
本發明提出的多孔石墨的成形方法，是採用螺杆擠出機的一種擠出成形方法。螺杆擠出機的結構如圖1所示，它由圓形機筒1、兩段式變截面螺杆2、機頭3、口型4、料鬥5、減速箱6、電動機7、機座8組成；螺杆2在機筒內，互相緊密配合，機頭3位於機筒1的前端，口型4與機頭3的外端連接，為擠出成形部分；料鬥5設置於機筒1的根部，螺杆2與變速箱6的輸出軸連接，電動機7與變速箱6連接，各部件固定於機座8上。上述螺杆擠出機中，口型4可以根據多孔石墨的成形的形狀，設計成多種形式，例如，內孔為圓形、方形、菱形等，孔長度也可不等。
在實際操作時，首先選擇合適的口型4，並組裝到擠出機的機頭3上；然後稱量膨脹石墨、粘結劑、擠出助劑、增強材料短纖維等原材料，並放入攪拌器中，充分混合均勻；然後將混合物由料鬥5加入機筒1中；同時啟動電動機7，並調節變速箱6使螺杆2獲得合適的轉速，使擠出物從口型4擠出的速度控制8-15mm/秒為宜；當混合物從口型4處擠出時，採用向前拖動的紙板接下擠出物；擠出物可放入烘箱烘乾或在自然狀態下晾乾。
上述方法中，粘結劑一般可採用聚醋酸乙烯酯乳液，擠出助劑可採用聚乙烯醇、硬脂酸丁酯等，可採用碳纖維或聚丙烯纖維等。各組份的重量配比為膨脹石墨∶粘結劑∶擠出助劑∶增強材料＝100∶600-900∶60-90∶3-6。
與傳統的碾壓方法相比，採用擠出法製備多孔石墨具有如下優點(1)自動化程度高，可大大提高生產效率。採用連續擠出方法可以首先對多孔石墨製品的連續化生產，從而可大大提高石墨工業的生產效率。
(2)產品形式多元化。採用傳統的碾壓方法，由於生產方法的局限性，一般只能製備薄截面形式的石墨產品，如石墨紙、石墨箔、石墨帶等。而採用擠出方法，可以通過調換不同的口型，生產具有不同截面形狀的石墨製品，實現石墨產品的多元化，增加生產的附件值。
(3)可最大限度地保留多孔石墨中的孔結構，對於多孔石墨在吸附、儲能等諸多領域的應用至關重要。
(4)由於擠出過程的流體力學特性，纖維在擠出物中沿長度方向定向排列，可增強材料的力學性能。
圖1為本發明使用的螺杆擠出機。
圖中標號，1為機筒，2為螺杆，3為機頭，4為口型，5為料鬥，6為減速箱，7為電動機，8為機座。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步介紹本發明的具體實施方式
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實施例1採用5095250#可膨脹石墨作為原材料，在1000℃高溫電爐內膨化，膨化時間為30秒，膨化率為250ml/g。稱量該膨脹石墨30克。以聚醋酸乙烯酯乳液為黏結劑，以聚乙烯醇為擠出助劑，以碳纖維為增強材料。分別稱取聚醋酸乙烯酯乳液、聚乙烯醇和碳纖維各200g、20克和1克。其中，聚醋酸乙烯酯乳液的含固量為50％。將各種材料放入旋轉攪拌器中充分混合、攪拌5分鐘。選擇內孔形狀為圓形、長度為30mm的口型組裝到機頭上。後將混合物由料鬥加入機筒中。啟動擠出機的電動機，並調節變速箱使螺杆獲得合適的轉速，使得擠出物從口型擠出的速度控制在10mm/s左右。拖動紙板接下擠出物。將擠出物放入烘箱烘乾，烘箱溫度為105℃。烘乾時間為12小時。
實施例2採用8099150#可膨脹石墨作為原材料，在1000℃高溫電爐內膨化，膨化時間為30秒，膨化率為150ml/g。稱量該膨脹石墨30克。以聚醋酸乙烯酯乳液為黏結劑，以聚乙烯醇為擠出助劑，以聚丙烯纖維為增強材料。分別稱取聚醋酸乙烯酯乳液、聚乙烯醇和聚丙烯纖維各200g、20克和1克。其中，聚醋酸乙烯酯乳液的含固量為50％。將各種材料放入旋轉攪拌器中充分混合、攪拌5分鐘。選擇內孔形狀為圓形、長度為60mm的口型組裝到機頭上。後將混合物由料鬥加入機筒中。啟動擠出機的電動機，並調節變速箱使螺杆獲得合適的轉速，使得擠出物從口型擠出的速度控制在10mm/s左右。拖動紙板接下擠出物。將擠出物放入烘箱烘乾，烘箱溫度為105℃。烘乾時間為12小時。
實施例3採用5095250#可膨脹石墨作為原材料，在1000℃高溫電爐內膨化，膨化時間為30秒，膨化率為250ml/g。稱量該膨脹石墨30克。以聚醋酸乙烯酯乳液為黏結劑，以硬脂酸丁酯為擠出助劑，以碳纖維為增強材料。分別稱取聚醋酸乙烯酯乳液、硬脂酸丁酯和碳纖維各250g、15克和1克。其中，聚醋酸乙烯酯乳液的含固量為50％。將各種材料放入旋轉攪拌器中充分混合、攪拌5分鐘。選擇內孔形狀為長方形、長度為30mm的口型組裝到機頭上。後將混合物由料鬥加入機筒中。啟動擠出機的電動機，並調節變速箱使螺杆獲得合適的轉速，使得擠出物從口型擠出的速度控制在10mm/s左右。拖動紙板接下擠出物。將擠出物放入烘箱烘乾，烘箱溫度為50℃。烘乾時間為24小時。
權利要求
1.一種多孔石墨的擠出成形方法，其特徵在於採用螺杆擠出機，具體步驟如下首先選擇合適的口型(4)，並組裝到擠出機的機頭(3)上；然後稱量膨脹石墨、粘結劑、擠出助劑、短纖維增強材料等原材料，放入攪拌器中，充分混合均勻；然後將混合物由料鬥(5)加入機筒(1)中；同時啟動電動機(7)，並調節變速箱(6)使螺杆(2)獲得合適的轉速，使擠出物從口型擠出的速度控制8-15mm/秒；當混合物從口型(4)處擠出時，採用向前拖動的紙板接下擠出物；擠出物放入烘箱烘乾或在自然狀態下晾乾。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於粘結劑採用聚醋酸乙烯酯乳液，擠出助劑採用聚乙烯醇或硬脂酸丁酯，增強材料採用碳纖維或聚丙烯纖維，各組份的重量配為膨脹石墨∶粘結劑∶擠出助劑∶增強材料＝100∶600-900∶60-90∶3-6。
全文摘要
本發明為一種多孔石墨的擠出成形方法。它採用螺杆擠出機，將膨脹石墨、粘結劑、擠出助劑和增強材料等經攪拌均勻後由料鬥加入擠出機的機筒內，啟動電機，控制擠出物的速度，然後將擠出物烘乾或晾乾即可，其中擠出機口型可根據擠出物形狀的要求選擇。本發明方法可最大限度地保留多孔石墨中的孔結構，確保多孔石墨的吸附、儲能等性能；可連續化生產，從而可提高石墨工業的生產效率，並且使產品形式多元化。
文檔編號C04B35/632GK1587035SQ20041005287
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月15日 優先權日2004年7月15日
發明者張東 申請人:同濟大學