CN1061387A - 可膨胀石墨制造方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了可膨胀石墨的制造方法及其装置， 该装置包括电化学反应槽，槽中装有电化学溶液及电 极，靠阳极一侧装有渗透板制成的框，框中装有待处 理的石墨，上述阴阳极板是平行的，板间距与极板短 边线尺寸之比小于0.35。其方法中只通直流电阳极 氧化，不必对石墨加压、搅拌等。利用本发明可简化 工艺，保证质量。

Description

本发明涉及可膨胀石墨制造方法及其装置。

天然石墨为碳原子六角网状平面重叠结构，层间结合力弱。用人工方法可在石墨层间插入异类原子、离子、分子，其与碳原子结合形成石墨层间化合物。如果这种层间化合物属于加热即可分解，瞬间变为气体而逸散的话，在石墨晶体C轴方向上会产生10～400倍的膨胀，故称其为可膨胀石墨。以其为原料，制成柔性石墨，可做为密封材料或屏蔽材料等。

迄今为止，可膨胀石墨的制造方法，除了传统的化学法外，还开发了电化学方法，日本专利特开昭55-82807号等所揭示的，将天然石墨置入电解液槽中，通过两个电极通电，进行阳极氧化处理，然后将电流反向通电，进行阴极还原处理，经反复多次进行上述氧化-还原处理后，将石墨取出水洗、干燥，即可得到可膨胀石墨。在类似的方法中，有的采用通0.1～100HZ交流电处理，代替上述的阴极还原处理;有的要求在加压下或搅拌状态下进行阳极氧化处理;有的还要以铂金丝网作电极。

上述已有制造方法及其装置有下列缺点：

①阳极氧化后需通反向电流进行阴极还原，使设备复杂，而且阴极还原时，很易极化，因而工艺难度大。

②增加搅拌及加压装置，增加了成本及工艺的难度。

本发明的目的就在于，提供一种可膨胀石墨的制造方法及其装置，在保证产品质量的前提下，还可以大大简化设备，简化工艺。

为了达到上述目的，本发明中提出的可膨胀石墨制造方法包括下列步骤：

1.在盛有电解液的电化学反应槽中，设置近极距平行电极板，阴阳极距与极板短边的线尺寸之比小于0.35，以形成较大范围均匀的电化学场。

2.将天然石墨放入渗透隔板框中，再将隔板框放入电化学反应槽阳极侧。

3.通直流电对石墨进行阳极氧化处理。

4.将石墨取出水洗、干燥。

为了达到上述的目的，本发明提供的可膨胀石墨制造装置，由下列几部分组成：

装有插入物溶液的电化学反应槽;槽内装有与上述插入物溶液相容的阴极、阳极电极;在阳极侧装有上述溶液可渗透框，框内装有待处理的天然石墨，其特征在于两电极平行，阴阳极间距与极板短边的线尺寸之比小于0.35。

利用上述的装置，主要是因为相对缩短了极间距，加上采用相对比较大面积的电极板，在两极板间形成了较大范围的均匀电化学场，在这一电化学场中，使所有待处理的石墨粒子均具有等同的反应条件，反应速度相同。这就为简化工艺提供了很好的前提条件，例如，没有必要通过搅拌，加压等工艺来改善粒子反应的均匀化条件，且既然反应是均匀的，因而就不需在阳极氧化后，再将电流倒向进行阴极还原处理。这不仅能大大简化工艺及操作的难度，而且能保证质量，得到质量好、性能均匀的可膨胀石墨。

下面结合附图详细介绍一个实施例：

附图1为可膨胀石墨制造装置剖面图

图1（a）为该装置的正面剖视图

图2（b）为该装置的AA′剖视图

附图2为已有装置剖面示意图

图2（a）附有加压装置

图2（b）附有搅拌装置

符号说明：

1.电化学反应槽

2.阳极板

3.阴极板

4.可渗透隔离板框架

5.石墨

6.电解液

7.直流电源

8.加压重锤

9.搅拌器

在电化学反应槽中间，装有一个由不锈钢制成的平面阳极板，在阳极板两侧靠近反应槽两壁装两个由不锈钢材料制成的阴极板，其与上述阳极板平行相对，每个极板的面积为50×40cm²，阳极和阴极间距为7.5cm。向反应槽内注入硫酸溶液，浓度较高为好，本实施例中采用14～18.2克分子/升。

将待处理的599天然鳞片石墨（碳量99%，平均粒径0.30mm）5Kg放入由可渗透隔板制成的框子中，然后将框子置入上述阳极板两侧，也即是阳极板插入上述框中。可渗透隔板是将石墨隔离在阳极区而溶液及反应中产生的气体等杂质可渗透，这里是由塑料带编制成的。上述装置准备就绪后，向极板通电，应控制电流密度在5～50毫安/cm²（按阳极板面积计算），本实施例中选为15mA/cm²。对于膨胀倍率为70～300ml/g的石墨来讲，处理石墨的电量密度在20～70A·hr·/kg为宜。在本实施例中在电压为3.5伏电流为60安培的情况下，氧化处理时间选为3小时，则电量密度为45A·hr/Kg。

阳极氧化处理后，将石墨从框中取出，水洗、干燥。可膨胀石墨成品S＜2.5%，挥发分＜12%，950℃膨胀容积210ml/g，放置三个月后，膨胀容积降低率＜15%。制成1000mm×0.38mm成卷柔性石墨纸，其密度1.01g/cm³时，拉伸强度达5.0MPa，S＜1000PPm。

本方法使用的电解液除H₂SO₄，也可以使用HNO₃、H₃PO₄以及某些金属盐溶液或有机物溶液，也可以在H₂SO₄溶液中加入少量HNO₃、H₂O₂、NaNO₃等。

本装置的电化学反应槽和隔离框的两端也可以是开口的，一端推入石墨，另一端把阳极氧化处理过的石墨推出，这样，可实现连续生产。

利用本装置和方法，使装置简单不需特殊电极，不必加压或搅拌装置，因为极间形成较大范围的均匀电化学场，所有石墨粒子均处于等同的电化学条件下，反应速度一样，每个区域反应的程度均相同，不需再进行阴极还原处理，工艺易控制，便于工业规模生产。不仅如此，在简化工艺的同时，还提高了产品的质量，具有低硫、低挥发分的特点，并且产品性能更加均匀。另外工艺简化了，就更易实现连续化工业生产。

Claims (3)

1、一种可膨胀石墨的制造装置，包括电化学反应槽，槽中装有电化学溶液，反应槽中装有电极，阳极和阴极，在两极之间靠阳极一侧装有渗透板制成的框，框中装入待处理的石墨，其特征在于，上述的极板为相互平行的，极间距与极板短边线尺寸之比小于0.35。

2、根据权利要求1所记载的装置，其特征在于所说的电化学反应槽和框子是两端开口的，一端推入待处理的石墨，一端推出已处理好的石墨。

3、一种可膨胀石墨的制造方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

（1）在盛有电解液的电化学反应槽中，设置近极距平行电极板，阴阳极距与极板短边的尺寸比小于0.35;

（2）将天然石墨放入渗透隔板框中，再将隔板框放入电化学槽靠近阳极一侧;

（3）通直流电对石墨进行阳极氧化;

（4）将石墨取出水洗、干燥。

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