CN109777305A - 石墨耐火粘结剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石墨耐火粘结剂，该胶粘剂原料包含石墨粉、胶粘剂、固化剂、增强剂、分散剂、增韧剂和水。本发明还提供了上述石墨耐火粘结剂的制备方法。相比于传统的石墨修补剂，本发明的石墨耐火粘结剂不仅可以完成对石墨结构件的修补，还可以在高温工况下保证结构的稳定性，耐火胶粘剂制备方法简便，使用条件不苛刻，对环境要求低，适用性强。本发明的石墨耐火粘结剂不会与熔融金属发生反应，在石墨粘结上具有更广阔的应用空间，改变了高温石墨模具只能通过传统的机加工工艺成型的现状。

Description

石墨耐火粘结剂及制备方法

技术领域

本发明属于胶粘剂技术领域，具体涉及石墨耐火粘结剂及制备方法。

背景技术

由于受到修补和粘结材料的限制，耐高温石墨模具的成型主要通过机加工来完成，材料浪费多，加工周期长。

石墨作为一种高热稳定性的材料，很适合做为超高温金属熔炼模具材料使用。在做为超高温金属熔炼模具使用的过程中，根据工况会需要用到修补剂。现有技术中，CN105713513A公开了一种铸件修补用合金添加剂，原料包括废机油、有机硅树脂、聚醚醚酮、环氧大豆油、丁腈橡胶、卡拉胶、氢化蓖麻油、沸石粉、石棉粉、微粉石墨、硬脂酸镁、纳米氧化锆、纳米锌粉、二苯醚和丙三醇，该发明添加剂与合金混合后即形成铸件修补剂，能有效对铸件进行修补，并且涂覆于铸件缺陷面后能在常温下快速固化，固化时间最长不超过3h，从而缩短生产时间和投入成本。CN107903856A提供了一种防霉抗磨修补剂及其制备方法，该修补剂原料含有环氧树脂、硅烷偶联剂、云母粉、氧化石墨烯、纳米磁颗粒、纳米陶瓷粉、二硫化钼、纳米银颗粒、钛酸酯偶联剂、异丙醇和聚乙烯吡咯烷酮等，该发明制备的修补剂防霉性能好，同时具有优良的抗腐蚀性能、抗磨性能和防锈性能，适于工业应用。上述修补添加剂均不耐高温。

由于现有技术中，修补剂所含的大多数原料不耐高温，无法保证在900℃以上的高温工况下仍能具有较高的力学强度，因此使用传统的修补剂无法用于粘结有氧高温工况下的石墨构件，导致高温石墨模具只能通过传统的机加工工艺成型，造成了材料的浪费和成本的提高。

综上，仍需开发一种耐火石墨胶粘剂，通过胶粘剂将简单的石墨零件粘结成复杂的形状，从而应用于高温模具的领域，降低机加工对原材料的浪费并节省成本。

发明内容

为解决现有技术中，修补剂不适用于900℃以上的高温工况，无法用于粘结有氧高温工况下的石墨构件的问题，本发明的目的之一是提供一种石墨耐火粘结剂。

本发明的目的之二是提供上述石墨耐火粘结剂的制备方法。

石墨耐火粘结剂，原料包含以下重量份计的组分：

石墨粉50～70份，

胶粘剂5～20份，

固化剂5～15份，

增强剂5～20份，

分散剂1～10份，

增韧剂1～10份，

水5～20份。

优选地，所述石墨粉为纳米石墨粉，所述纳米石墨粉的粒径范围是20～100nm。

优选地，所述胶粘剂为磷酸二氢铝。

优选地，所述固化剂为氧化锌。

优选地，所述增强剂为纳米二氧化硅。

优选地，所述分散剂为纳米氧化铝，所述纳米氧化铝的粒径范围是20～30nm。

优选地，所述增韧剂为SiC、Fe₂O₃、CaO和Mg0按质量比为3：1：1：1的混合物。

上述石墨耐火粘结剂的制备方法，步骤包括：

(1)按配比称取各组分，将所述石墨粉、固化剂、增强剂、分散剂和增韧剂混匀，得到A料；

(2)将所述胶粘剂溶入水中，得到B料；

(3)将步骤(1)所得A料和步骤(2)所得B料按质量比为(1～3)：1的比例混合。

纳米石墨粉经过超细微粉碎机粉碎和纳米级筛网过筛之后，粒径控制在纳米级，不易发生团聚现象，是本发明胶粘剂的主要成分，起到基地材料和修补材料的作用。

增强剂为磷酸二氢铝，是一种耐火材料，同时也是胶粘剂的主要成分，在常温下与耐火骨料即石墨粉混合后再90～110℃之间恒温后可以起到高亢折、高抗压和高抗水的性能。

固化剂为氧化锌，在高温固化后，可以与磷酸二氢铝形成抗剪切强度达到15MPa的粘结层。

增强剂为纳米二氧化硅，该成分可以起到提高强度、增加延伸率、提高耐磨性和抗老化的作用。

分散剂为纳米氧化铝，该成分具有耐高温、比表面积大和硬度高的特点，用于耐火材料的补强增韧，同时具有极好的搅拌分散作用。

在固化过程中，磷酸二氢铝和氧化锌发生聚合作用，形成具有高强度的粘结层。

本发明的石墨耐火粘结剂的使用方法为：

(1)将A料和B料按质量比为(1～3)：1的比例混合，用细毛刷点沾胶粘剂，使胶粘剂均匀涂抹在所粘结的表面，在涂抹过程中应注意涂抹厚度不超过0.1mm；

(2)将涂抹了胶粘剂的工件在湿度小于35％的干燥室内固化6h；

(3)再将工件置入烘箱内以120℃的温度烘烤1h。

本发明的有益效果

1、相比于传统的石墨修补剂，本发明的石墨耐火粘结剂不仅可以完成对石墨结构件的修补，还可以在高温工况下保证结构的稳定性；

2、本发明的石墨耐火粘结剂制备方法简便，使用条件不苛刻，对环境要求低，适用性强；

3、本发明的石墨耐火粘结剂不会与熔融金属发生反应，在石墨粘结上具有更广阔的应用空间，改变了高温石墨模具只能通过传统的机加工工艺成型的现状，有利于减少材料的浪费。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

石墨耐火粘结剂，原料包含：

石墨粉50份，胶粘剂5份，固化剂5份，增强剂5份，分散剂1份，增韧剂1份，水5份。

其中，石墨粉为纳米石墨粉，胶粘剂为磷酸二氢铝，固化剂为氧化锌，增强剂为纳米二氧化硅，分散剂为纳米氧化铝，增韧剂为SiC、Fe₂O₃、CaO和Mg0按质量比为3：1：1：1的混合物。

实施例2

石墨耐火粘结剂，原料包含：

石墨粉70份，胶粘剂20份，固化剂15份，增强剂20份，分散剂10份，增韧剂10份，水20份。

其中，石墨粉为纳米石墨粉，胶粘剂为磷酸二氢铝，固化剂为氧化锌，增强剂为纳米二氧化硅，分散剂为纳米氧化铝，增韧剂为SiC、Fe₂O₃、CaO和Mg0按质量比为3：1：1：1的混合物。

实施例3

石墨耐火粘结剂，原料包含：

石墨粉60份，胶粘剂10份，固化剂10份，增强剂10份，分散剂5份，增韧剂5份，水12份。

其中，石墨粉为纳米石墨粉，胶粘剂为磷酸二氢铝，固化剂为氧化锌，增强剂为纳米二氧化硅，分散剂为纳米氧化铝，增韧剂为SiC、Fe₂O₃、CaO和Mg0按质量比为3：1：1：1的混合物。

实施例4

石墨耐火粘结剂，原料包含：

石墨粉60份，胶粘剂10份，固化剂10份，增强剂12份，分散剂3份，增韧剂5份，水12份。

其中，石墨粉为纳米石墨粉，胶粘剂为磷酸二氢铝，固化剂为氧化锌，增强剂为纳米二氧化硅，分散剂为纳米氧化铝，增韧剂为SiC、Fe₂O₃、CaO和Mg0按质量比为3：1：1：1的混合物。

实施例5

石墨耐火粘结剂的制备方法，步骤包括：

(1)按配比称取各组分，将所述石墨粉、固化剂、增强剂、分散剂和增韧剂混匀，得到A料；

(2)将所述胶粘剂溶入水中，得到B料；

(3)将步骤(1)所得A料和步骤(2)所得B料按质量比为(1～3)：1的比例混合。

实施例6

石墨耐火粘结剂的使用方法为：

(1)将A料和B料按质量比为(1～3)：1的比例混合，用细毛刷点沾胶粘剂，使胶粘剂均匀涂抹在所粘结的表面，在涂抹过程中应注意涂抹厚度不超过0.1mm；

(2)将涂抹了胶粘剂的工件在湿度小于35％的干燥室内固化6h；

(3)再将工件置入烘箱内以120℃的温度烘烤1h。

检测例

根据实施例4提供的配方，采用实施例5的制备方法制备得到石墨耐火粘结剂，参照实施例6的使用方法，对两块长、宽和高分别为20cm、10cm和5cm的石墨块进行粘结，粘结后，在电阻炉中有氧环境下900℃热处理2h后，将该工件水冷，进行抗拉和剪切强度实验，测试得到抗拉强度≥10MPa，剪切强度≥15MPa。

此外，在该工件的粘结缝隙处涂抹小苏打，并施加10MPa气体的压力，未观察到气泡产生，说明经过高温处理的石墨耐火粘结剂仍然具有良好的密封性。

相比于传统的石墨修补剂，本发明的石墨耐火粘结剂不仅可以完成对石墨结构件的修补，还可以在高温工况下保证结构的稳定性，耐火胶粘剂制备方法简便，使用条件不苛刻，对环境要求低，适用性强。本发明的石墨耐火粘结剂不会与熔融金属发生反应，在石墨粘结上具有更广阔的应用空间，改变了高温石墨模具只能通过传统的机加工工艺成型的现状，可以将单件的复杂模具分割为小体积、多件数的组合粘结模具，这种方式既可以降低加工过程中的原材料损耗，又可以减少模具建模及加工难度，缩短工程周期。

Claims (8)

1.石墨耐火粘结剂，其特征在于，原料包含以下重量份计的组分：

石墨粉50～70份，

胶粘剂5～20份，

固化剂5～15份，

增强剂5～20份，

分散剂1～10份，

增韧剂1～10份，

水5～20份。

2.根据权利要求1所述的石墨耐火粘结剂，其特征在于，所述石墨粉为纳米石墨粉，所述纳米石墨粉的粒径范围是20～100nm。

3.根据权利要求1所述的石墨耐火粘结剂，其特征在于，所述胶粘剂为磷酸二氢铝。

4.根据权利要求1所述的石墨耐火粘结剂，其特征在于，所述固化剂为氧化锌。

5.根据权利要求1所述的石墨耐火粘结剂，其特征在于，所述增强剂为纳米二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的石墨耐火粘结剂，其特征在于，所述分散剂为纳米氧化铝，所述纳米氧化铝的粒径范围是20～30nm。

7.根据权利要求1所述的石墨耐火粘结剂，其特征在于，所述增韧剂为SiC、Fe₂O₃、CaO和Mg0按质量比为3：1：1：1的混合物。

8.根据权利要求1～7任一项所述石墨耐火粘结剂的制备方法，其特征在于，步骤包括：

(1)按配比称取各组分，将所述石墨粉、固化剂、增强剂、分散剂和增韧剂混匀，得到A料；

(2)将所述胶粘剂溶入水中，得到B料；

(3)将步骤(1)所得A料和步骤(2)所得B料按质量比为(1～3)：1的比例混合。