石墨箔、基于其的片材料、密封件和制造方法技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】石墨箔、基于其的片材料、密封件和制造方法


[0001]本专利技术涉及碳和石墨材料
；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。

技术介绍

[0002]柔性石墨箔(GF)通过将热膨胀石墨(TEG)压缩来获得。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。根据该专利技术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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]这就是为什么获得含无定形碳的GF的更有前途的方法是在GF制造工序中为无定形相形成创造条件，而不从外部引入无定形碳。
[0012]所有上述情况中的技术问题是昂贵且无效的方法的使用，所述方法涉及向TEG中添加有机粘合剂及其后的碳化、以及通过所获得的箔的高泄漏。
[0013]本专利技术的目的是在不使用碳化工序的情况下获得在其组成中含有无定形碳的、具有改善的紧密性有关特性的箔。

技术实现思路

[0014]上述目的是通过由包含压缩的热膨胀石墨和无定形碳的组合物制造的具有改善的紧密性特性的石墨箔来实现的，其中所述组合物是由具有不同石墨基质氧化程度的插层石墨获得的，并且包含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(Raman spectroscopy)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，每个氧化程度的I
D
/I
G
比的最大值大于或等于0.05。
[0015]在本专利技术的特定实施方式中，所获得的箔具有0.5至2.1g/cm 3
的密度。
[0016]箔可以由另外包含增强填料诸如纤维或无机粒子的组合物获得。
[0017]在该情况下，所述组合物可以另外包含不超过整个组合物质量的40质量％的量的碳纤维。
[0018]箔可以由另外浸渍有功能性液体的组合物获得。
[0019]箔可以由另外包含抗腐蚀、抗氧化或抗粘附添加剂的组合物获得。
[0020]设定的目标还通过由上述石墨箔制造的具有改善的紧密性和低泄漏特性的石墨片材料来实现，所述石墨片材料为由所述石墨箔和金属箔、带或网制造的层压体。
[0021]设定的目标还通过具有改善的紧密性和低泄漏特性的密封件来实现，所述密封件选自包括法兰垫片和填料箱密封环的组并且包含所述箔。
[0022]设定的目标还通过一种制造具有改善的紧密性特性的石墨箔的方法来实现，根据所述方法，所述方法包括获得插层石墨、以热冲击模式加热插层石墨以进行热膨胀、并获得包含热膨胀石墨和无定形碳的半成品、以及随后将所述半成品压缩以制造石墨箔。在热冲击模式下的加热是在确保取决于石墨基质氧化程度的I
D
/I
G
比的最大值的温度下进行的，其中I
G
和I
D
分别是取决于上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，每个氧化程度的I
D
/I
G
比的最大值大于或等于0.05。
[0023]在本专利技术的特定实施方式中，设定的目标通过其中以以下顺序获得插层石墨的方法来实现：首先，通过源石墨与强布朗斯台德酸的化学相互作用获得具有不同氧化程度的石墨插层化合物，并且然后对所述石墨插层化合物进行水解以获得插层石墨。
[0024]在该情况下，插层化合物是第I阶段、第II阶段和第III阶段的硫酸氢石墨(graphite bisulfate)和/或它们的混合物。
[0025]在另一种情况下，石墨插层化合物是第I阶段、第II阶段和第III阶段的硝酸石墨
(grahpite nitrate)和/或它们的混合物。
[0026]在本专利技术的特定实施方式中，设定的目标还通过从所获得的石墨插层化合物的阶段数判断石墨基质氧化程度来实现。
[0027]在该情况下，在所述方法的过程中加热之前，通过在至少三个不同温度下进行的用于插层石墨的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种石墨箔，具有改善的紧密性和低泄漏特性，其特征在于所述石墨箔由包含压缩的热膨胀石墨和无定形碳的组合物制成，其中所述组合物由具有不同石墨基质氧化程度的插层石墨获得，并且所述组合物包含与取决于氧化程度的最大I
D
/I
G
比值对应的量的无定形碳，其中I
G
和I
D
分别是取决于上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，并且由此每个氧化程度的所述最大I
D
/I
G
比值大于或等于0.05。2.根据权利要求1所述的箔，其特征在于，所述箔具有0.5至2.1g/cm3的密度。3.根据权利要求1所述的箔，其特征在于，所述箔由另外包含呈纤维或无机粒子形式的增强填料的组合物制成。4.根据权利要求3所述的箔，其特征在于，所述组合物另外包含不超过所述组合物质量的40质量％的量的碳纤维。5.根据权利要求1所述的箔，其特征在于，所述箔由另外浸渍有功能性液体的组合物制成。6.根据权利要求1所述的箔，其特征在于，所述箔由另外包含抗腐蚀、抗氧化或抗粘附的添加剂的组合物制成。7.一种石墨片材料，具有改善的紧密性特性，其特征在于，所述石墨片材料由根据权利要求1至6所述的石墨箔制成，并且是由所述石墨箔和金属箔、带或网制成的层压体。8.一种密封件，具有改善的紧密性特性，所述密封件选自由法兰垫片和填料箱密封环组成的组，其特征在于，所述密封件由根据权利要求1至6所述的石墨箔制成。9.一种获得具有改善的紧密性特性的石墨箔的方法，其特征在于，所述方法包括：获得插层石墨，在热冲击模式下加热所述插层石墨进行热膨胀以制造包含热膨胀石墨和无定形碳的半成品，随后将所述半成品压缩成石墨箔，其中在热冲击模式下的热处理在确保取决于石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈，
申请(专利权)人：优尼基泰克联合股份公司科学与生产协会，
类型：发明
国别省市：