CN110230125B - 一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，以中间相沥青为原料，纺制成中间相沥青纤维，通过喷丝孔长径比控制中间相沥青纤维为辐射状结构；依次进行预氧化和低温炭化处理得到低温丝；再把未经上浆的低温炭丝纤维直接短切后进行感应石墨化处理，快速冷却至1000‑1500ºC，并重复上述感应石墨化‑降温过程进行2‑5次，得到短切中间相沥青基石墨纤维。利用气流磨破碎并经过离心分级后得到的超细石墨。本发明在提高石墨微晶结构的同时充分释放中间相沥青基石墨纤维片层之间内应力，结合气流磨破碎得到导热性能好、粒度分散均匀的高品质石墨纤维粉。
Description
所属领域
本发明涉及一种可用于新材料领域的超细高导热石墨纤维粉的制备方法。
技术背景
超细石墨粉与普通的石墨粉体相比，超细石墨粉体材料由于“体积效应”和“表面效应”所产生起的具有：熔点低、化学活性高、磁性强、热传导好、对电磁波的异常吸收等特性，近年来超细石墨粉已成为当今高分子化学、物理化学、无机化学和材料科学等多学科交叉的前沿研究领域。超细石墨粉由于性质稳定可广泛运用于导电材料、耐磨润滑材料电池、原子能工业和国防工业、彩色显像管等领域。中间相沥青基碳纤维由于石墨晶体发育完全，晶粒尺寸较大，纤维长度和直径易于控制，是制备超细高导热石墨纤维粉的优良材料，同时也可以充分利用纤维生产中产生的废丝，深入发掘中间相沥青基碳纤维的经济价值。
目前高导热中间相沥青基碳纤维制备通常需要经过纺丝、预氧化、炭化和石墨过程，纤维表面的结构可以通过沥青原料的成分组成以及纺丝工艺进行调控。在众多中间相沥青基碳纤维结构中，辐射状的纤维结构最容易得到理想石墨微晶结构，并最终制备成高导热石墨纤维粉。本发明通过控制制备辐射状的中间相沥青基碳纤维，结合预氧化、炭化、短切，以及多次“感应石墨化-冷却”工艺，提高石墨微晶结构的同时充分释放中间相沥青基石墨纤维片层之间内应力，结合气流磨破碎得到导热性能好、粒度分散均匀的高品质石墨纤维粉。
发明内容
本发明的目的是提供一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法。
本发明具体过程如下：
一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，利用中间相含量100％、软化点为240-300℃的中间相沥青为原料，纺制成直径10-20μm的中间相沥青纤维，通过设计喷丝孔长径比1-5控制中间相沥青纤维为辐射状结构；中间相沥青纤维在氧化气氛下由室温升温至240-300℃，进行预氧化处理，氧化增重3％-8％，升温速率0.5-3℃/min；在惰性气氛下，升温至500-700℃进行低温炭化处理，升温速率5-15℃/min；上述未经上浆的低温炭丝纤维直接短切成1-3mm长的炭丝；在惰性气氛下，由室温升温至2600-3000℃进行感应石墨化处理，升温速率为100-200℃/min；然后快速冷却至1000-1500℃，降温速度为100-200℃/min，此“感应石墨化-降温”过程进行2-5次，得到短切中间相沥青基石墨纤维。利用气流磨破碎并经过离心分级后得到粒径为8-16μm的超细石墨粉，气体为压缩空气，气压为0.7-0.9MPa。
所述中间相含量100％、软化点为240-300℃的中间相沥青是由石油焦油、煤焦油或者合成化工原料，通过熔融纺丝纺制成的直径为10-20μm的中间相沥青纤维。
所述的通过设计喷丝孔长径比2-5控制中间相沥青纤维为辐射状结构。
所述的预氧化处理中，氧化性气氛为空气、氧气或二者的混合气体。
所述低温炭化处理中的惰性气氛为氮气、氩气。
所述的直接短切成1-3mm长的炭丝，炭丝的直径为9-19μm。
本发明通过设计喷丝孔长径比1-5控制中间相沥青纤维为辐射状结构，该结构的取向度更好，通过预氧化提高中间相沥青纤维的热稳定性和固定沥青分子取向，在低温炭化后进行短切处理，然后进行多次“感应石墨化-降温”过程在实现石墨微晶发育的同时充分释放石墨片层之间的热应力，结合气流磨破碎成均匀的高导热中间相沥青基石墨纤维粉。
具体实施方式
实施例1
一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，利用中间相含量100％、软化点为240℃的中间相沥青为原料，纺制直径10μm的中间相沥青纤维，设计喷丝孔的长径比为1来控制中间相沥青纤维为辐射状结构；中间相沥青纤维在氧化气氛下由室温升温至240℃，进行预氧化处理，氧化增重3％，升温速率3℃/min；在惰性气氛下，升温至500℃进行低温炭化处理，升温速率5℃/min；上述未经上浆的低温炭丝纤维直接短切成1mm长的炭丝；在惰性气氛下，由室温升温至2600℃进行感应石墨化处理，升温速率为100℃/min；然后快速冷却至1000℃，降温速度为200℃/min，此“感应石墨化-降温”过程进行2次，得到短切中间相沥青基石墨纤维。利用气流磨破碎并经过离心分级后得到粒径为8μm的超细石墨粉，气体为压缩空气，气压为0.7MPa。
实施例2
一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，利用中间相含量100％、软化点为270℃的中间相沥青为原料，纺制成直径15μm的中间相沥青纤维，设计喷丝孔的长径比为1来控制中间相沥青纤维为辐射状结构；中间相沥青纤维在氧化气氛下由室温升温至270℃，进行预氧化处理，氧化增重5％，升温速率2.5℃/min；在惰性气氛下，升温至600℃进行低温炭化处理，升温速率10℃/min；上述未经上浆的低温炭丝纤维直接短切成2mm长的炭丝；在惰性气氛下，由室温升温至2800℃进行感应石墨化处理，升温速率为150℃/min；然后快速冷却至1200℃，降温速度为150℃/min，此“感应石墨化-降温”过程进行3次，得到短切中间相沥青基石墨纤维。利用气流磨破碎并经过离心分级后得到粒径为12μm的超细石墨粉，气体为压缩空气，气压为0.8MPa。
实施例3
一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，利用中间相含量100％、软化点为300℃的中间相沥青为原料，纺制成直径20μm的中间相沥青纤维，设计喷丝孔的长径比为1来控制中间相沥青纤维为辐射状结构；中间相沥青纤维在氧化气氛下由室温升温至300℃，进行预氧化处理，氧化增重8％，升温速率0.5℃/min；在惰性气氛下，升温至700℃进行低温炭化处理，升温速率15℃/min；上述未经上浆的低温炭丝纤维直接短切成3mm长的炭丝；在惰性气氛下，由室温升温至3000℃进行感应石墨化处理，升温速率为200℃/min；然后快速冷却至1500℃，降温速度为100℃/min，此“感应石墨化-降温”过程进行5次，得到短切中间相沥青基石墨纤维。利用气流磨破碎并经过离心分级后得到粒径为16μm的超细石墨粉，气体为压缩空气，气压为0.9MPa。
Claims (10)
1.一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，其特征在于：利用中间相含量100%、软化点为240-300ºC的中间相沥青为原料，纺制成直径10-20µm的中间相沥青纤维，通过设计喷丝孔长径比1-5控制中间相沥青纤维为辐射状结构，中间相沥青纤维在氧化气氛下由室温升温至240-300ºC，进行预氧化处理，氧化增重3%-8%，升温速率0.5-3ºC/min；在惰性气氛下，升温至500-700ºC进行低温炭化处理，升温速率5-15ºC/min；上述未经上浆的低温炭丝纤维直接短切成1-3mm长的炭丝；在惰性气氛下，由室温升温至2600-3000ºC进行感应石墨化处理，升温速率为100-200ºC/min；然后快速冷却至1000-1500ºC，降温速度为100-200ºC/min，感应石墨化-降温过程重复进行2-5次，得到短切中间相沥青基石墨纤维，利用气流磨破碎并经过离心分级后得到粒径为8-16μm的石墨纤维粉，气体为压缩空气，气压为0.7-0.9MPa。
2.根据权利要求1所述的一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，其特征在于：所述中间相含量100%、软化点为240-300ºC的中间相沥青是由石油焦油、煤焦油或者合成化工原料，通过熔融纺丝纺制成的直径为10-20µm的中间相沥青纤维。
3.根据权利要求1所述的一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，其特征在于：通过设计喷丝孔长径比为2-5控制中间相沥青纤维为辐射状结构。
4.根据权利要求1或者3所述的一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，其特征在于：通过设计喷丝孔长径比为3-5控制中间相沥青纤维为辐射状结构。
5.根据权利要求1所述的一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，其特征在于：进行预氧化处理，氧化增重5%-8%。
6.根据权利要求1所述的一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，其特征在于：所述的预氧化处理中，氧化性气氛为空气、氧气或二者的混合气体。
7.根据权利要求1所述的一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，其特征在于：所述低温炭化处理中的惰性气氛为氮气、氩气。
8.根据权利要求1所述的一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，其特征在于：所述的直接短切成1-3mm长的炭丝，炭丝的直径为9-19µm。
9.根据权利要求1所述的一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，其特征在于：利用气流磨破碎并经过离心分级后得到粒径为8-14μm的石墨纤维粉。
10.根据权利要求1所述的一种超细高导热石墨纤维粉的制备方法，其特征在于：所述的利用气流磨破碎并经过离心分级后得到粒径为8-16μm的石墨纤维粉，气体为压缩空气，气压为0.8-0.9MPa。
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