本发明专利技术公开了一种高强碳石墨复合材料及其制备方法和应用，高强碳石墨复合材料可用于制作炉用结构件，包括以下质量份的组分：25～35份硅复合粉、15～25份石墨粉、40～50份碳纤维粉、20～30份酚醛树脂和1份硅烷偶联剂。本发明专利技术的复合材料性能优异，特别是在热学、电学和力学性能方面，获得了与等静压石墨和炭/炭复合材料相近的性能参数，在用于制作炉用结构件时，具有良好的应用前景和应用效果；本发明专利技术的制备方法可实现复合材料内部的孔径分布均匀，提升了浸渍效率和浸渍效果，简化了生产流程、降低了生产成本。降低了生产成本。降低了生产成本。
【技术实现步骤摘要】
一种高强碳石墨材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及碳材料领域，具体涉及一种改性碳纤维、改性碳石墨材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]随着全球新能源的市场的飞速增长，光伏行业及其上游行业的碳基材料得到了蓬勃发展。但一方面，在制造加工光伏热场和保温用碳基产品时，不可避免的产生大量碳质微粉；针对炭/炭复合材料的微粉而言，难以二次高效利用，大多采用填埋的方式处理，难以评估出其对环境的有害性。另一方面，其保温和加热服役后表面存在大量的有害非碳微粉，该类材料在固废处理时会造成环境破坏和污染，更为严峻的是该类非碳微粉易导致人的身体健康；与此相同，在碳纤维编制体制备过程中会产生大量的纤维粉末，该类材料同样存在有效利用和处理难的问题。
[0003]已有的研究报道大都集中在炉用碳石墨材料、炭/炭复合材料结构件的制备和性能研究领域，鲜有文献针对固废材料二次利用制备高性能炉用结构件的研究报道。同时，现有工艺制备碳石墨材料需要经过混捏，磨粉，成型，多次浸渍和焙烧，石墨化等工艺。工艺繁杂，工艺过程控制难度大，并且由于样品焙烧后由于开孔和闭孔是随机分布的，在浸渍过程中浸渍效率难以得到保障，往往需要经过多次的浸渍和焙烧才能达到目标浸渍效果(气孔率和密度)，因此如何简化工艺，提高浸渍效率是亟须解决的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供了一种高强碳石墨材料及其制备方法和应用，用以解决目前现有碳纤维废料难以处理、现有碳石墨材料制备工艺复杂、浸渍效果不佳的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种高强碳石墨复合材料，包括以下质量份的组分：
[0007]20～35份硅复合粉、15～25份石墨粉、30～50份碳纤维粉和20～30份酚醛树脂。上述技术方案的设计思路在于，本专利技术通过碳纤维粉作为主骨料，以高温处理时残炭量较高的酚醛树脂粘结剂作为连续相，再辅以无机抗氧化的硅复合粉对配方进行设计，利用硅复合粉起到颗粒增强的作用，抑制结构件在受到应力作用时裂纹的产生和扩展，分散应力集中，同时利用碳纤维粉，在复合材料中构筑了类钢筋结构，起到了拉拽石墨粉和硅复合粉的作用，进一步提高了复合材料的力学强度，同时碳纤维周围形成的空隙为CVD增密提供了通道，提高了增密效率，并辅以石墨粉增强复合材料的导电、导热性能，最终获得了热学，电学和力学性能接近等静压石墨的碳石墨复合材料。
[0008]作为上述技术方案的进一步优选，所述碳纤维粉为制造碳纤维编制体、加工光伏热场或保温用碳基产品所产生的碳质微粉。本优选方案利用了在制造加工光伏热场和保温用碳基产品时的产生大量碳质微粉，为碳纤维产品使用企业、碳石墨材料加工企业、石墨材料使用企业的高效固废处理找到了一条可持续发展的新路，同时也降低了本专利技术高强碳石
墨复合材料的成本。
[0009]作为上述技术方案的进一步优选，高强碳石墨复合材料还包括0.1质量份的硅烷偶联剂。添加偶联剂的目的是为了使得硅复合粉与石墨粉和酚醛树脂结合强度更高。
[0010]基于同一技术构思，本专利技术还提供一种上述高强碳石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将所述硅复合粉和石墨粉混合均匀，混捏设定时间，得到混合物料A；
[0012](2)向所述混合物料A中加入碳纤维粉混捏设定时间，得到混合物料B；
[0013](3)在所述混合物料B中加入酚醛树脂混捏设定时间，得到混合糊料；
[0014](4)将所述混合糊料模压成型并固化，得到中间产品；将所述中间产品依次经过焙烧、浸渍、石墨化和纯化工艺，即得到所述高强碳石墨复合材料。
[0015]本技术方案的设计思路在于，通过上述混捏以及固化、浸渍、石墨化和纯化工艺，各组分件均匀分散，使得碳纤维和其他粉料之间形成的孔以及在固化过程中酚醛树脂膨胀所形成的孔得以均匀分布，实现了均孔的效果，大大提升了后续浸渍工艺的效果和效率，使得本技术方案的高强碳石墨复合材料仅需经过一次浸渍，相较于现有技术的多次浸渍和焙烧工艺，简化了流程，降低了生产成本。
[0016]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中混捏前还加入1质量份的硅烷偶联剂。
[0017]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(1)中所述混捏的时间为20min，步骤(2)中所述混捏的时间为30min，步骤(3)中所述混捏的时间为30min。上述混合时间可以保证各步骤中物料的均匀混合，混捏时间的不合理将造成不良影响，混捏时间短会造成粉料和粉料之间、粉料和粘结剂之间混捏不均匀，混捏时间过长会导致粉料粒径变小，造成团聚。
[0018]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(4)中所述混合糊料模压成型的成型密度为1.40g/cm3‑
1.45g/cm3。该密度范围内的材料具备最佳的力学强度和导热性能。
[0019]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(4)中所述混合糊料在模压成型后的固化温度曲线为：常温经过30min～40min升温到60℃～70℃，保温60min～70min，然后经过70min～80min升温到100℃～110℃，保温60min～70min，然后经过120min～160min升温到200℃～210℃，保温120min～160min，然后自然冷却至室温。上述固化温度曲线可使得复合材料中酚醛树脂充分固化，提高复合材料的力学强度，利于后期浸渍。
[0020]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(4)所述中间产品的浸渍工艺采用酚醛树脂为浸渍剂，浸渍压力为5MPa～7MPa。上述工况的浸渍工艺可提高复合材料的密度。
[0021]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(4)所述中间产品的石墨化工艺中，石墨化温度为1800℃～2400℃。上述温度范围内的石墨化工艺可使得碳化后的酚醛树脂顺利、充分石墨化，提高复合材料的电阻率和导热系数。
[0022]作为上述技术方案的进一步优选，步骤(4)所述中间产品的纯化工艺在氟利昂气氛下进行，纯化温度为2600℃～2800℃。上述温度范围内的纯化工艺可减少材料的杂质含量，达到使用要求。
[0023]基于同一技术构思，本专利技术还提供一种上述高强碳石墨复合材料的应用，用于制备炉用结构件。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0025](1)本专利技术的复合材料性能优异，特别是在热学、电学和力学性能方面，获得了与等静压石墨和炭/炭复合材料相近的性能参数，在用于制作炉用结构件时，具有良好的应用前景和应用效果；
[0026](2)本专利技术的制备方法可实现复合材料内部的孔径分布均匀，提升了浸渍效率和浸渍效果，简化了生产流程、降低了生产成本。
附图说明
[0027]图1为实施例1的高强碳石墨复合材料的电镜图。
具体实施方式
[0028]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0029]实施例1：
[0030]本实施例的高强碳石墨复合材料，其形貌结构如图1所示，包括以下质量本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高强碳石墨复合材料，其特征在于，包括以下质量份的组分：20～35份硅复合粉、15～25份石墨粉、30～50份碳纤维粉和20～30份酚醛树脂。2.根据权利要求1所述的高强碳石墨复合材料，其特征在于，所述碳纤维粉为制造碳纤维编制体、加工光伏热场或保温用碳基产品所产生的碳质微粉废品。3.一种权利要求1或2所述的高强碳石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将所述硅复合粉和石墨粉混合均匀，混捏设定时间，得到混合物料A；(2)向所述混合物料A中加入碳纤维粉混捏设定时间，得到混合物料B；(3)在所述混合物料B中加入酚醛树脂混捏设定时间，得到混合糊料；(4)将所述混合糊料模压成型并固化，得到中间产品；将所述中间产品依次经过焙烧、浸渍、石墨化和纯化工艺，即得到所述高强碳石墨复合材料。4.根据权利要求3所述的高强碳石墨复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述混捏的时间为10～20min，步骤(2)中所述混捏的时间为30～40min，步骤(3)中所述混捏的时间为30～40min。5.根据权利要求3所述的高强碳石墨复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述混合糊料模压成型的成型密度为1.40g/cm3～1.45g...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈辉，陈坚，涂川俊，巩佩，
申请(专利权)人：长沙诚智新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。