CN111410534A - 一种石墨粉组合物及使用其制备石墨炊具的工艺 - Google Patents

Abstract

一种石墨粉组合物，按照重量份数，包括石墨粉50‑70份、石油焦粉或沥青焦粉30‑50份和30‑50份沥青或树脂，其中，所述石墨粉的粒径为100‑300目，所述石油焦粉或沥青焦粉的粒径为400‑600目。使用石墨粉组合物制备石墨炊具的工艺，包括以下步骤：步骤一、将石墨粉组合物的各组分混合后；步骤二、将步骤一所的炊具原料在辊压机中连续循环碾压3‑8次；步骤三、将步骤二所得的片状的炊具原料通过粉碎设备粉碎至80‑200目粒径大小的粉状；步骤四、将步骤三所得的炊具原料粉投入模具中冷压成型；步骤五、将步骤四所得炊具毛坯置入焙烧炉中焙烧；步骤六、将步骤五所得半成品通过抛光后，即得炊具成品。本发明组合物与工艺能够保证生产出的石墨炊具的各项物理性，提高石墨炊具质量。

Description

一种石墨粉组合物及使用其制备石墨炊具的工艺

技术领域

本发明涉及石墨加工技术领域，具体为一种石墨粉组合物及使用其制备石墨炊具的工艺。

背景技术

石墨废料主要有三个来源，其一是机加工所产生的石墨废料，这一类石墨废料主要为石墨粉，在石墨原材料的机加工企业每日都会产生大量的机加工石墨废料，现有的处理方式是囤积后集中以机加工废料的形式售卖给废料收购方，相比于石墨原材料的采购成，价格极为低廉；其二为机加工过程中所剩余的无法再利用的边角料，这一部分边角料主要是块状，石墨原材料的机加工企业每日也会产生一定量的边角料，量虽比不上石墨粉，但囤积后数量也是极为可观的，这部分废料同样因无法利用而以废料的形成售卖，价格低廉；其三为存在于锂电池中的负极材料，其材料为石墨，呈粉状，我国单日从废电池中处理出来的石墨粉负极材料的量也极为巨大，但这一部分的石墨粉也无法有效被利用，基本上全部都是充当废料被售卖回收。石墨废料不能被有效二次利用已成为业内的常态，这在一定程度上造成了极大的原材料浪费。鉴于此，需要一种开发能够有效利用石墨废料的方式。而石墨炊具的生产工艺之一便是使用石墨粉为主要原料实现的，且通过石墨粉生产的石墨炊具的性能要优于机加工生产的石墨炊具，因此可将石墨废料的利用与石墨炊具的生产进行结合，以达到一举两得的效果。 故而需要开发一种新的能够利用石墨废料生产石墨炊具的工艺。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的之一是提出一种能够用于制备石墨炊具的石墨粉组合物，该组合物能够保证生产出的石墨炊具的各项物理性能；本发明的目的之二是提出一种使用该石墨粉组合物生产石墨炊具的工艺，以充分发挥石墨粉组合物的物化性能，提高石墨炊具质量。

本发明为了解决上述问题所采取的技术方案为：一种石墨粉组合物，按照重量份数，包括石墨粉50-70份、石油焦粉或沥青焦粉30-50份和30-50份沥青或树脂，其中，所述石墨粉的粒径为100-300目，所述石油焦粉或沥青焦粉的粒径为400-600目。

作为优选的，所述沥青或树脂为高温沥青或高残炭树脂，其中，所述沥青的残炭率为50-70%，所述树脂的残炭率不低于90%。

作为优选的，所述石墨粉的粒径为200目。

使用石墨粉组合物制备石墨炊具的工艺，包括以下步骤：

步骤一、将石墨粉组合物的各组分混合后，在160摄氏度下均匀搅拌40-60min，至充分混合均匀，得炊具原料；

步骤二、将步骤一所的炊具原料在辊压机中连续循环碾压3-8次，得到片状的炊具原料，备用；

步骤三、将步骤二所得的片状的炊具原料通过粉碎设备粉碎至80-200目粒径大小的粉状，得炊具原料粉，备用；

步骤四、将步骤三所得的炊具原料粉投入模具中，在500-1000t的压力下冷压成型，得炊具毛坯，备用；

步骤五、将步骤四所得炊具毛坯置入焙烧炉中在900-950摄氏度下高温焙烧350-400h，随炉冷却后取出，得半成品，备用；

步骤六、将步骤五所得半成品通过抛光后，即得炊具成品。

所述步骤五中，焙烧炉的炉内升温过程如下：

过程一、在0-160h之间，炉内温度由室温匀速升温至260摄氏度；

过程二、在160-180h之间，炉内温度由260摄氏度匀速升温至600摄氏度；

过程三、在180h-350/400h之间，炉内温度由600摄氏度匀速升温至900-950摄氏度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明所述的石墨粉组合物，以石墨废料回收后制得的石墨粉为主要原料，添加石油焦粉或沥青焦粉作为增碳剂使用，添加沥青或者树脂作为粘合剂，可在高压下快速成型，沥青或者树脂被牢固的包裹在碳素颗粒之间的过渡层中，焙烧后沥青或树脂在高温下转变为焦炭，能够在成型的石墨炊具中构建成界面炭网格层，具有塔桥、加固的作用，提高石墨炊具的强度。

第二，本发明所述使用石墨粉组合物制备石墨炊具的工艺，采用冷压成型的工艺，效率更高，相比于传统的机加工成型，能够节省大量的人工与机加工设备，在成本上实现了极大的缩减，生产速度与效率也得到了质的提高，相同数量炊具的生产时间成本相比于机加工生产也得到了极大缩减，且相比于机加工成型的炊具，冷压成型焙烧后的石墨炊具性能更优，强度也相对有所提高。

第三，本发明所述使用石墨粉组合物制备石墨炊具的工艺，焙烧升温曲线完全针对石墨粉组合物的各组分特性进行定制，能够将各组分有机融合形成一整体，提高焙烧后石墨炊具的机械性能。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

一种石墨粉组合物，按照重量份数，包括石墨粉50份、石油焦粉或沥青焦粉30份和30份沥青或树脂，其中，所述石墨粉的粒径为100目，所述石油焦粉或沥青焦粉的粒径为400目。

进一步的，所述沥青或树脂为高温沥青或高残炭树脂，其中，所述沥青的残炭率为50%，所述树脂的残炭率不低于90%。

使用石墨粉组合物制备石墨炊具的工艺，包括以下步骤：

步骤一、将石墨粉组合物的各组分混合后，在160摄氏度下均匀搅拌40min，至充分混合均匀，得炊具原料；

步骤二、将步骤一所的炊具原料在辊压机中连续循环碾压3次，得到片状的炊具原料，备用；

步骤三、将步骤二所得的片状的炊具原料通过粉碎设备粉碎至80目粒径大小的粉状，得炊具原料粉，备用；

步骤四、将步骤三所得的炊具原料粉投入模具中，在500t的压力下冷压成型，得炊具毛坯，备用；

步骤五、将步骤四所得炊具毛坯置入焙烧炉中在900摄氏度下高温焙烧350h，随炉冷却后取出，得半成品，备用；

步骤六、将步骤五所得半成品通过抛光后，即得炊具成品。

进一步的，所述步骤五中，焙烧炉的炉内升温过程如下：

过程一、在0-160h之间，炉内温度由室温匀速升温至260摄氏度；

过程二、在160-180h之间，炉内温度由260摄氏度匀速升温至600摄氏度；

过程三、在180h-350h之间，炉内温度由600摄氏度匀速升温至900摄氏度。

实施例2：

一种石墨粉组合物，按照重量份数，包括石墨粉70份、石油焦粉或沥青焦粉50份和50份沥青或树脂，其中，所述石墨粉的粒径为300目，所述石油焦粉或沥青焦粉的粒径为600目。

进一步的，所述沥青或树脂为高温沥青或高残炭树脂，其中，所述沥青的残炭率为70%，所述树脂的残炭率不低于90%。

使用石墨粉组合物制备石墨炊具的工艺，包括以下步骤：

步骤一、将石墨粉组合物的各组分混合后，在160摄氏度下均匀搅拌60min，至充分混合均匀，得炊具原料；

步骤二、将步骤一所的炊具原料在辊压机中连续循环碾压8次，得到片状的炊具原料，备用；

步骤三、将步骤二所得的片状的炊具原料通过粉碎设备粉碎至200目粒径大小的粉状，得炊具原料粉，备用；

步骤四、将步骤三所得的炊具原料粉投入模具中，在1000t的压力下冷压成型，得炊具毛坯，备用；

步骤五、将步骤四所得炊具毛坯置入焙烧炉中在950摄氏度下高温焙烧400h，随炉冷却后取出，得半成品，备用；

步骤六、将步骤五所得半成品通过抛光后，即得炊具成品。

进一步的，所述步骤五中，焙烧炉的炉内升温过程如下：

过程一、在0-160h之间，炉内温度由室温匀速升温至260摄氏度；

过程二、在160-180h之间，炉内温度由260摄氏度匀速升温至600摄氏度；

过程三、在180h-400h之间，炉内温度由600摄氏度匀速升温至950摄氏度。

实施例3：

一种石墨粉组合物，按照重量份数，包括石墨粉60份、石油焦粉或沥青焦粉40份和40份沥青或树脂，其中，所述石墨粉的粒径为200目，所述石油焦粉或沥青焦粉的粒径为500目。

进一步的，所述沥青或树脂为高温沥青或高残炭树脂，其中，所述沥青的残炭率为60%，所述树脂的残炭率不低于90%。

使用石墨粉组合物制备石墨炊具的工艺，包括以下步骤：

步骤一、将石墨粉组合物的各组分混合后，在160摄氏度下均匀搅拌50min，至充分混合均匀，得炊具原料；

步骤二、将步骤一所的炊具原料在辊压机中连续循环碾压6次，得到片状的炊具原料，备用；

步骤三、将步骤二所得的片状的炊具原料通过粉碎设备粉碎至100目粒径大小的粉状，得炊具原料粉，备用；

步骤四、将步骤三所得的炊具原料粉投入模具中，在800t的压力下冷压成型，得炊具毛坯，备用；

步骤五、将步骤四所得炊具毛坯置入焙烧炉中在920摄氏度下高温焙烧380h，随炉冷却后取出，得半成品，备用；

步骤六、将步骤五所得半成品通过抛光后，即得炊具成品。

进一步的，所述步骤五中，焙烧炉的炉内升温过程如下：

过程一、在0-160h之间，炉内温度由室温匀速升温至260摄氏度；

过程二、在160-180h之间，炉内温度由260摄氏度匀速升温至600摄氏度；

过程三、在180h-380h之间，炉内温度由600摄氏度匀速升温至920摄氏度。

上述实施例中，石油焦粉或沥青焦粉的选择比较任意，可任意选择或者两者搭配添加使用；沥青或树脂最好是二择其一，要么添加沥青，要么添加树脂，当然也可二者混合添加，但效果稍差于单一的选择添加；以下以单一添加沥青为例，对步骤五中的焙烧升温过程做进一步的阐述：

上述实施例中的焙烧炉炉内升温过程中，过程一的升温速率响度较慢，其终点温度在260摄氏度，该过程主要发生的变化是成型的石墨毛坯中沥青的融化过程，这个过程升温不宜过快，以便于将毛坯内的沥青完全熔融，为后续的焦炭化与石墨化提供基础；

过程二中，其升温速率最快，终点温度为600摄氏度，该过程是沥青的高温反应过程，即焦炭化与石墨化，过程中沥青的质量会出现剧烈损失，快速的升温同时能够避免石墨毛坯内孔隙率的增加，这个过程中逐渐石墨化的沥青与石墨粉之间有机结合形成整体，在成型的石墨炊具中构建成界面炭网格层，达到塔桥、加固的作用；

过程三中，当温度超过600摄氏度后，沥青的炭化反应便趋于稳定与平衡，该过程中升温速率明显降低，使石墨毛坯内的炭化结构与各组织相趋于均匀化与稳定化，焙烧后的石墨毛坯的外观细腻光滑，密实度高，颜色深黑，孔隙率低，抗压强度高，性能指标实现了质的优化。

Claims (5)

1.一种石墨粉组合物，其特征在于：按照重量份数，包括石墨粉50-70份、石油焦粉或沥青焦粉30-50份和30-50份沥青或树脂，其中，所述石墨粉的粒径为100-300目，所述石油焦粉或沥青焦粉的粒径为400-600目。

2.如权利要求1所述的一种石墨粉组合物，其特征在于：所述沥青或树脂为高温沥青或高残炭树脂，其中，所述沥青的残炭率为50-70%，所述树脂的残炭率不低于90%。

3.如权利要求1所述的一种石墨粉组合物，其特征在于：所述石墨粉的粒径为200目。

4.使用权利要求1-3任一所述石墨粉组合物制备石墨炊具的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将石墨粉组合物的各组分混合后，在160摄氏度下均匀搅拌40-60min，至充分混合均匀，得炊具原料；

步骤二、将步骤一所的炊具原料在辊压机中连续循环碾压3-8次，得到片状的炊具原料，备用；

步骤三、将步骤二所得的片状的炊具原料通过粉碎设备粉碎至80-200目粒径大小的粉状，得炊具原料粉，备用；

步骤四、将步骤三所得的炊具原料粉投入模具中，在500-1000t的压力下冷压成型，得炊具毛坯，备用；

步骤五、将步骤四所得炊具毛坯置入焙烧炉中在900-950摄氏度下高温焙烧350-400h，随炉冷却后取出，得半成品，备用；

步骤六、将步骤五所得半成品通过抛光后，即得炊具成品。

5.如权利要求4所述的使用石墨粉组合物制备石墨炊具的工艺，其特征在于，所述步骤五中，焙烧炉的炉内升温过程如下：

过程一、在0-160h之间，炉内温度由室温匀速升温至260摄氏度；

过程二、在160-180h之间，炉内温度由260摄氏度匀速升温至600摄氏度；

过程三、在180h-350/400h之间，炉内温度由600摄氏度匀速升温至900-950摄氏度。