CN113526964B - 一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113526964B
CN113526964B CN202111089682.4A CN202111089682A CN113526964B CN 113526964 B CN113526964 B CN 113526964B CN 202111089682 A CN202111089682 A CN 202111089682A CN 113526964 B CN113526964 B CN 113526964B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
temperature
parts
stage
raw materials
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111089682.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113526964A (zh
Inventor
李华青
刘永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Hongdian New Material Co ltd
Original Assignee
Shandong Hongdian New Material Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Hongdian New Material Co ltd filed Critical Shandong Hongdian New Material Co ltd
Priority to CN202111089682.4A priority Critical patent/CN113526964B/zh
Publication of CN113526964A publication Critical patent/CN113526964A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113526964B publication Critical patent/CN113526964B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/528—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components
    • C04B35/532—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from carbonaceous particles with or without other non-organic components containing a carbonisable binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63496—Bituminous materials, e.g. tar, pitch
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA。本发明还提供一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂的制备方法，所述制备方法，包括有：预氧处理步骤；所述预氧处理步骤，在含氧气氛氛围下进行；所述预氧处理步骤，包括第一快速升温阶段和第二慢速升温阶段。本发明的有益效果为：制得的碳基粘接剂，自身交联程度显著提高，其碳素制品在高温热处理过程中形态稳定，碳素制品在高温热处理过程中不易发生膨胀、收缩等尺寸变化；在提升碳素制品高温尺寸稳定性和粘接力的同时，有效提升碳素制品的强度；能够满足对尺寸精度要求高的特殊形状碳素制品的产品质量要求。

Description

一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳素制品新材料领域，尤其是涉及一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂及其制备方法。
背景技术
碳素材料是由碳元素为主要化学成分组成的一类非金属材料。碳素新材料因其具有耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好、导电导热的可调节性以及抗冲击性、多孔性、低热膨胀性等独特性能，目前逐渐被广泛用于国民经济的各个方面，如国防科技、军工产品、航空航天和有色冶金等领域。
申请人发现，由于碳素材料作为原料的各前驱物之间的非均质性，以及高温制备过程中易发生分解、聚合等反应，其会导致碳素材料在高温制备过程中发生微观结构的变化，以及宏观尺寸、形态的变化，最终导致碳素制品生胚和最终产品的尺寸、形态发生变化。上述因素严重限制了对尺寸精度要求高的特殊形状碳素制品的产品质量及制备工艺，也严重制约碳素制品生产工艺和成本的持续优化，其也成为碳素制品行业亟待克服的问题。
申请人经研究发现，上述制约碳素制品的问题，主要归因于碳素制品在制备过程中添加的碳基粘接剂与骨架粘结力偏低，以及所述碳基粘接剂对碳素制品形态的固化能力不佳，碳素制品在高温热处理过程中容易发生形变。但是对碳基粘接剂进行改进后，其碳素制品高温尺寸稳定性和粘接力的改善提升，往往会致使碳素制品强度下降，无法实现在提升其高温尺寸稳定性和粘接力的同时，提升碳素制品的强度。
因此，提供一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，对于提高碳素制品产品质量，优化碳素制品制备工艺，提高碳素材料利用率，平衡成本等方面均具有重要意义。
中国专利CN102530933B公开了一种以乳化沥青作粘接剂的人造石墨制品及其制备方法，其采用特定固含量及软化点的乳化沥青作为粘接剂用于人造石墨制品的制备中，保证沥青对骨料包覆的均匀性，以降低粘接剂乳化沥青用量。该专利的不足之处在于：对尺寸精度要求高的特殊形状碳素制品制备过程中，粘接剂自身交联程度不足，高温下粘接剂形态变化较大，导致碳素制品在高温热处理过程中尺寸会发生变化（缩小），无法满足高尺寸精度碳素产品的质量要求。
中国专利CN112441835A公开了一种高强高密炭素材料及其制备方法和应用，其采用酚醛树脂作为粘接剂，与具有自粘性的石油焦粉、沥青焦粉和中间相炭微球相配合，通过混合、模压、烧结的工艺方式制得所述高强高密炭素材料，其物理性能硬度、抗压强度、抗折强度等均有提升。该专利的不足之处在于：其作为粘接剂的酚醛树脂自身交联程度不足，高温下粘接剂形态变化较大，导致碳素制品在高温热处理过程中尺寸会发生变化（膨胀），无法满足高尺寸精度碳素产品的质量要求。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂及其制备方法，以实现以下发明目的：
（1）克服碳素制品在制备过程中添加的碳基粘接剂自身交联程度不足，高温下形态发生变化的问题；
（2）在提升碳素制品强度的同时，降低碳素制品在高温热处理过程中发生形变的情况，实现与高温尺寸稳定、良好粘接力的平衡；
（3）改善尺寸精度要求高的特殊形状碳素制品的产品质量及制备工艺。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA。
所述碳基粘接剂的原料，按重量份计，包括：酚醛树脂35-50份、沥青35-50份、呋喃5-8份、炭黑3-5份、CMC 2-3份、PVA 1-2份。
一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂的制备方法，所述制备方法，包括有：预氧处理步骤；
所述预氧处理步骤，在含氧气氛氛围下进行；
所述预氧处理步骤，包括第一快速升温阶段和第二慢速升温阶段。
所述第一快速升温阶段，为150℃之前的快速升温阶段；所述第二慢速升温阶段，为150-250℃间的慢速升温阶段。
所述第一快速升温阶段，升温速率为11-15℃/min，升温至150℃，保温焙烧40-100min。
所述第二慢速升温阶段，升温速率为8-10℃/min，升温至250℃，保温焙烧40-100min。
所述制备方法，还包括有：原料预处理步骤；
所述原料预处理步骤，把需要破碎的固体原料分别破碎至预定粒度；
所述固体原料中，酚醛树脂和沥青分别破碎至150-200目，炭黑破碎至250目。
所述制备方法，还包括有：混合步骤；
所述混合，按预定比例，将原料投入至混料机中，混合均匀。
所述制备方法，还包括有：破碎步骤；
所述破碎，将所述预氧处理制得的粘接剂自然冷却至室温，最后在破碎机中破碎至预定粒度，过100目筛制得碳基粘接剂。
优选的，所述预氧处理制得的粘接剂自然冷却至25℃。
进一步的，所述预氧处理步骤，还包括有：第三慢速降温阶段；所述第三慢速降温阶段，降温速率为3℃/min，降温至90℃，保温30min。
本发明通过两步走的预氧处理步骤：首先快速升温至150℃，初步将堵塞的微孔打开，快速引入含氧官能团；同时在150℃进行短暂保温，进一步稳定微孔，使交联更加稳固。然后慢速升温，并在250℃进行保温，进一步稳定粘接剂的形态。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明的用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，自身交联程度显著提高，其碳素制品在高温热处理过程中形态稳定，碳素制品在高温热处理过程中不易发生膨胀、收缩等尺寸变化。
（2）本发明的用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，能够在提升碳素制品高温尺寸稳定性和粘接力的同时，有效提升碳素制品的强度，所述碳素制品的三点弯曲抗折强度可达25MPa。
（3）本发明的用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，制得的碳素制品生胚和最终产品的尺寸、形态稳定性好，收缩率低，能够满足对尺寸精度要求高的特殊形状碳素制品的产品质量要求。
（4）本发明的用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，对于碳素制品的制备工艺具有优化作用。
（5）本发明的用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，有效提高碳素材料利用率，有效降低生产成本。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA。
所述碳基粘接剂的原料，按重量份计，包括：酚醛树脂35份、沥青50份、呋喃7份、炭黑5份、CMC 2份、PVA 1份。其中，所述CMC为羧甲基纤维素钠，所述PVA为聚乙烯醇。
所述碳基粘接剂的制备方法，包括：原料预处理、混合、预氧处理、破碎。
所述原料预处理，把需要破碎的固体原料分别破碎至预定粒度，过筛，使原料颗粒粒径均匀，制得预处理后的原料。
其中，所述酚醛树脂和沥青，破碎至150目，炭黑等其他原料破碎至250目。
所述混合，将预定份数的经预处理制得的原料投入至混料机中，混合均匀。
所述混合，在10L混料机中混合20min，混合均匀。
所述预氧处理，在含氧气氛下加热，得到预氧处理的粘接剂。
所述含氧气氛的氧浓度没有特别的限定，可以在空气中进行。
所述预氧处理包括第一升温阶段和第二升温阶段。
所述第一升温阶段，为150℃之前的快速升温阶段。
所述第一升温阶段，升温速率为11℃/min，升温至150℃，保温焙烧80min。
所述第二升温阶段，为150-250℃间的慢速升温阶段。
所述第二升温阶段，升温速率为8℃/min，升温至250℃，保温焙烧80min，制得预氧处理的粘接剂。
所述破碎，将所述预氧处理制得的粘接剂自然冷却至室温，最后在破碎机中破碎至预定粒度，过100目筛制得碳基粘接剂。
将所述碳基粘接剂和80目的人造石墨颗粒混合，干压成型，无氧环境1200℃烧制成型。经测试，其碳素制品的体积收缩率为11%，抗折强度为18MPa。
实施例2
一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA。
所述碳基粘接剂的原料，按重量份计，包括：酚醛树脂50份、沥青35份、呋喃5份、炭黑5份、CMC 3份、PVA 2份。其中，所述CMC为羧甲基纤维素钠，所述PVA为聚乙烯醇。
所述碳基粘接剂的制备方法，包括：原料预处理、混合、预氧处理、破碎。
所述原料预处理，把需要破碎的固体原料分别破碎至预定粒度，过筛，使原料颗粒粒径均匀，制得预处理后的原料。
其中，所述酚醛树脂和沥青，破碎至150目，炭黑等其他原料破碎至250目。
所述混合，将预定份数的经预处理制得的原料投入至混料机中，混合均匀。
所述混合，在10L混料机中混合20min，混合均匀。
所述预氧处理，在含氧气氛下加热，得到预氧处理的粘接剂。
所述含氧气氛的氧浓度没有特别的限定，可以在空气中进行。
所述预氧处理包括第一升温阶段和第二升温阶段。
所述第一升温阶段，为150℃之前的快速升温阶段。
所述第一升温阶段，升温速率为15℃/min，升温至150℃，保温焙烧100min。
所述第二升温阶段，为150-250℃间的慢速升温阶段。
所述第二升温阶段，升温速率为10℃/min，升温至250℃，保温焙烧100min，制得预氧处理的粘接剂。
所述破碎，将所述预氧处理制得的粘接剂自然冷却至室温，最后在破碎机中破碎至预定粒度，过100目筛制得碳基粘接剂。
将所述碳基粘接剂和80目的人造石墨颗粒混合，干压成型，无氧环境1200℃烧制成型。经测试，其碳素制品的体积收缩率为8%，抗折强度为15MPa。
实施例3
一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA。
所述碳基粘接剂的原料，按重量份计，包括：酚醛树脂45份、沥青40份、呋喃8份、炭黑3份、CMC 2份、PVA 2份。其中，所述CMC为羧甲基纤维素钠，所述PVA为聚乙烯醇。
所述碳基粘接剂的制备方法，包括：原料预处理、混合、预氧处理、破碎。
所述原料预处理，把需要破碎的固体原料分别破碎至预定粒度，过筛，使原料颗粒粒径均匀，制得预处理后的原料。
其中，所述酚醛树脂和沥青，破碎至150目，炭黑等其他原料破碎至250目。
所述混合，将预定份数的经预处理制得的原料投入至混料机中，混合均匀。
所述混合，在10L混料机中混合20min，混合均匀。
所述预氧处理，在含氧气氛下加热，得到预氧处理的粘接剂。
所述含氧气氛的氧浓度没有特别的限定，可以在空气中进行。
所述预氧处理包括第一升温阶段和第二升温阶段。
所述第一升温阶段，为150℃之前的快速升温阶段。
所述第一升温阶段，升温速率为12℃/min，升温至150℃，保温焙烧80min。
所述第二升温阶段，为150-250℃间的慢速升温阶段。
所述第二升温阶段，升温速率为9℃/min，升温至250℃，保温焙烧80min，制得预氧处理的粘接剂。
所述破碎，将所述预氧处理制得的粘接剂自然冷却至室温，最后在破碎机中破碎至预定粒度，过100目筛制得碳基粘接剂。
将所述碳基粘接剂和80目的人造石墨颗粒混合，干压成型，无氧环境1200℃烧制成型。经测试，其碳素制品的体积收缩率为4%，抗折强度为21MPa。
实施例4
一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA。
所述碳基粘接剂的原料，按重量份计，包括：酚醛树脂45份、沥青40份、呋喃8份、炭黑3份、CMC 2份、PVA 2份。其中，所述CMC为羧甲基纤维素钠，所述PVA为聚乙烯醇。
所述碳基粘接剂的制备方法，包括：原料预处理、混合、预氧处理、破碎。
所述原料预处理，把需要破碎的固体原料分别破碎至预定粒度，过筛，使原料颗粒粒径均匀，制得预处理后的原料。
其中，所述酚醛树脂和沥青，破碎至150目，炭黑等其他原料破碎至250目。
所述混合，将预定份数的经预处理制得的原料投入至混料机中，混合均匀。
所述混合，在10L混料机中混合20min，混合均匀。
所述预氧处理，在含氧气氛下加热，得到预氧处理的粘接剂。
所述含氧气氛的氧浓度没有特别的限定，可以在空气中进行。
所述预氧处理包括第一升温阶段、第二升温阶段、第三降温阶段。
所述第一升温阶段，为150℃之前的快速升温阶段。
所述第一升温阶段，升温速率为12℃/min，升温至150℃，保温焙烧80min。
所述第二升温阶段，为150-250℃间的慢速升温阶段。
所述第二升温阶段，升温速率为9℃/min，升温至250℃，保温焙烧80min，制得预氧处理的粘接剂。
所述第三降温阶段，为250-90℃间的慢速降温阶段。
所述第三降温阶段，降温速率为3℃/min，降温至90℃，保温30min。
所述破碎，将所述预氧处理制得的粘接剂自然冷却至25℃，最后在破碎机中破碎至预定粒度，过100目筛制得碳基粘接剂。
将所述碳基粘接剂和80目的人造石墨颗粒混合，干压成型，无氧环境1200℃烧制成型。经测试，其碳素制品的体积收缩率为1%，抗折强度为25MPa。
本实施例中，在完成第一快速升温阶段和第二慢速升温阶段的两步走预氧处理后，进一步设置特定的慢速降温阶段。在保证快速引入含氧官能团、稳定微孔、稳定粘结剂形态的同时，对粘接剂的性质和微观形态进行进一步的稳定处理，以进一步优化粘接剂性能，使其在应用于碳素制品中时，能够保证实现优异的体积收缩率和抗折强度。
实施例5
一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA。
所述碳基粘接剂的原料，按重量份计，包括：酚醛树脂45份、沥青40份、呋喃8份、炭黑3份、CMC 2份、PVA 2份。其中，所述CMC为羧甲基纤维素钠，所述PVA为聚乙烯醇。
所述酚醛树脂为改性酚醛树脂，将2123酚醛树脂、改性剂、脱模剂混合，5s内快速升压至2MPa，升温至40℃保温，200-300RPM搅拌80min，制得改性酚醛树脂。
所述2123酚醛树脂、改性剂、脱模剂的重量份比值为80:15:1。
所述2123酚醛树脂，聚合速度为182s，游离酚含量为5%。
所述改性剂，包括聚乙烯醇缩甲乙醛、正丙醛、多聚甲醛、乙醇。所述聚乙烯醇缩甲乙醛、正丙醛、多聚甲醛、乙醇的重量份比值为50:35:20:17。
所述脱模剂，为油酸酰胺。
所述沥青，包括常压直馏沥青和半氧化沥青。所述常压直馏沥青和半氧化沥青的重量份比值为5:1。
所述CMC，粘度为CP830，纯度大于95%，取代度0.66，PH值 7.5。
所述的用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂的制备方法，包括：原料预处理、混合、平衡、预氧处理、破碎。
所述原料预处理，把需要破碎的固体原料分别破碎至预定粒度，过筛，使原料颗粒粒径均匀，制得预处理后的原料。
其中，所述酚醛树脂和沥青，破碎至200目，炭黑等其他原料破碎至250目。
所述混合，按预定比例，将所述原料预处理制得的原料投入至混料机中，混合均匀。
所述混合，在10L混料机中混合20min，混合均匀。
所述平衡，将混合步骤制得的混合物料置于压力为5MPa，65℃环境下，静置平衡10-15h。
所述预氧处理，将平衡步骤制得的物料，在含氧气氛下加热，得到预氧处理的粘接剂。
所述含氧气氛的氧浓度为30%。
所述预氧处理包括第一升温阶段、第二升温阶段、第三降温阶段。
所述第一升温阶段，为150℃之前的快速升温阶段。
所述第一升温阶段，升温速率为12℃/min，升温至150℃，保温焙烧80min。
所述第二升温阶段，为150-250℃间的慢速升温阶段。
所述第二升温阶段，升温速率为9℃/min，升温至250℃，保温焙烧80min，制得预氧处理的粘接剂。
所述第三降温阶段，为250-90℃间的慢速降温阶段。
所述第三降温阶段，降温速率为3℃/min，降温至90℃，保温30min。
所述破碎，将所述预氧处理制得的粘接剂自然冷却至25℃，最后在破碎机中破碎至预定粒度，过100目筛制得碳基粘接剂。
将所述碳基粘接剂和80目的人造石墨颗粒混合，干压成型，无氧环境1200℃烧制成型。经测试，其碳素制品的体积收缩率为0.9%，抗折强度为32MPa。
本实施例中，在完成第一快速升温阶段和第二慢速升温阶段的两步走预氧处理后，进一步设置特定的慢速降温阶段。在保证快速引入含氧官能团、稳定微孔、稳定粘结剂形态的同时，对粘接剂的性质和微观形态进行进一步的稳定处理，以进一步优化粘接剂性能，使其在应用于碳素制品中时，能够保证实现优异的体积收缩率和抗折强度。
实施例1-5所述的碳基粘接剂原料及其制备方法，碳基粘接剂与石墨颗粒混合制得的碳素制品强度显著提高，高温热处理过程中形态稳定。能够在提升碳素制品高温尺寸稳定性和粘接力的同时，有效提升碳素制品的强度。应用其制得的碳素制品生胚和最终产品的尺寸、形态稳定性好，能够满足对尺寸精度要求高的特殊形状碳素制品的产品质量要求。
对比例1
一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA。
所述碳基粘接剂的原料，按重量份计，包括：酚醛树脂35份、沥青50份、呋喃7份、炭黑5份、CMC 2份、PVA 1份。
将所述酚醛树脂和沥青，破碎至150目，炭黑等其他原料破碎至250目后与80目的人造石墨颗粒混合，干压成型，无氧环境1200℃烧制成型。测试其体积收缩18%，产品抗折强度为12MPa。
可以看出，相比于设置有第一升温阶段和第二升温阶段的预氧处理的实施例1，未设置有前述特定预氧处理步骤的对比例1的碳基粘接剂，在应用于碳素制品中后，其碳素制品的体积收缩率及抗折强度均有不同程度的性能衰退。
对比例2
一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA。
所述碳基粘接剂的原料，按重量份计，包括：酚醛树脂50份、沥青35份、呋喃5份、炭黑5份、CMC 3份、PVA 2份。其中，所述酚醛树脂和沥青，破碎至150目，炭黑等其他原料破碎至250目。
将所述酚醛树脂和沥青，破碎至150目，炭黑等其他原料破碎至250目后与80目的人造石墨颗粒混合，干压成型，无氧环境1200℃烧制成型。测试其体积收缩15%，产品抗折强度为9MPa。
可以看出，相比于设置有第一升温阶段和第二升温阶段的预氧处理的实施例2，未设置有前述特定预氧处理步骤的对比例2的碳基粘接剂，在应用于碳素制品中后，其碳素制品的体积收缩率及抗折强度均有不同程度的性能衰退。
对比例3
一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA。
所述碳基粘接剂的原料，按重量份计，包括：酚醛树脂45份、沥青40份、呋喃8份、炭黑3份、CMC 2份、PVA 2份。其中，所述酚醛树脂和沥青，破碎至150目，炭黑等其他原料破碎至250目。
将所述酚醛树脂和沥青，破碎至150目，炭黑等其他原料破碎至250目后与80目的人造石墨颗粒混合，干压成型，无氧环境1200℃烧制成型。测试其体积收缩13%，产品抗折强度为16MPa。
可以看出，相比于设置有第一升温阶段、第二升温阶段、第三降温阶段的预氧处理的实施例3，未设置有前述特定预氧处理步骤的对比例3的碳基粘接剂，在应用于碳素制品中后，其碳素制品的体积收缩率及抗折强度均有不同程度的性能衰退。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂，其特征在于，所述碳基粘接剂的原料包括：酚醛树脂、沥青、呋喃、炭黑、CMC、PVA；
所述碳基粘接剂的原料，按重量份计，包括：酚醛树脂35-50份、沥青35-50份、呋喃5-8份、炭黑3-5份、CMC 2-3份、PVA 1-2份；
所述碳基粘接剂的制备方法，包括有：预氧处理步骤；
所述预氧处理步骤，在含氧气氛氛围下进行；
所述预氧处理步骤，包括有：第一快速升温阶段、第二慢速升温阶段、第三慢速降温阶段；
所述第一快速升温阶段，为150℃之前的快速升温阶段；所述第二慢速升温阶段，为150-250℃间的慢速升温阶段；
所述第一快速升温阶段，升温速率为11-15℃/min，升温至150℃，保温焙烧40-100min；
所述第二慢速升温阶段，升温速率为8-10℃/min，升温至250℃，保温焙烧40-100min；
所述第三慢速降温阶段，降温速率为3℃/min，降温至90℃，保温30min。
2.根据权利要求1所述的用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法，还包括有：原料预处理步骤；
所述原料预处理步骤，把固体原料分别破碎至预定粒度；
所述固体原料，酚醛树脂和沥青分别破碎至150-200目，炭黑破碎至250目。
3.根据权利要求1所述的用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法，还包括有：混合步骤；
所述混合，按预定比例，将原料投入至混料机中，混合均匀。
4.根据权利要求1所述的用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法，还包括有：破碎步骤；
所述破碎，将所述预氧处理步骤制得的粘接剂自然冷却至室温，然后在破碎机中破碎至预定粒度，制得碳基粘接剂。
CN202111089682.4A 2021-09-17 2021-09-17 一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂及其制备方法 Active CN113526964B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111089682.4A CN113526964B (zh) 2021-09-17 2021-09-17 一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111089682.4A CN113526964B (zh) 2021-09-17 2021-09-17 一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113526964A CN113526964A (zh) 2021-10-22
CN113526964B true CN113526964B (zh) 2021-12-28

Family

ID=78092776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111089682.4A Active CN113526964B (zh) 2021-09-17 2021-09-17 一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113526964B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4072599A (en) * 1975-08-28 1978-02-07 Reynolds Metals Company Carbon electrodes having stabilized binders derived from the entire organic fraction of bituminous coal
US4950443A (en) * 1988-01-07 1990-08-21 Mitsubishi Pencil Co., Ltd. Process for producing carbon product with coarse and dense structure
US5240498A (en) * 1991-01-09 1993-08-31 Martin Marietta Magnesia Specialties Inc. Carbonaceous binder
CN112062586A (zh) * 2020-09-24 2020-12-11 山东柯信新材料有限公司 一种环保含碳砖的生产方法
CN112174670A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 中国科学院上海应用物理研究所 一种石墨材料致密化改性的制备方法、由此得到的致密化石墨材料及其应用
CN112225194A (zh) * 2020-09-24 2021-01-15 中国科学院化学研究所 一种硬碳材料及其制备方法和应用
CN112441835A (zh) * 2020-12-04 2021-03-05 拓米(成都)应用技术研究院有限公司 一种高强高密炭素材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1795513A1 (de) * 2005-12-09 2007-06-13 Sgl Carbon Ag Verfahren zur Herstellung von Silicumcarbid-Keramik
DE102015222439B4 (de) * 2015-11-13 2024-06-27 Resonac Graphite Germany Gmbh Verfahren zur Herstellung von Graphitkörpern

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4072599A (en) * 1975-08-28 1978-02-07 Reynolds Metals Company Carbon electrodes having stabilized binders derived from the entire organic fraction of bituminous coal
US4950443A (en) * 1988-01-07 1990-08-21 Mitsubishi Pencil Co., Ltd. Process for producing carbon product with coarse and dense structure
US5240498A (en) * 1991-01-09 1993-08-31 Martin Marietta Magnesia Specialties Inc. Carbonaceous binder
CN112062586A (zh) * 2020-09-24 2020-12-11 山东柯信新材料有限公司 一种环保含碳砖的生产方法
CN112225194A (zh) * 2020-09-24 2021-01-15 中国科学院化学研究所 一种硬碳材料及其制备方法和应用
CN112174670A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 中国科学院上海应用物理研究所 一种石墨材料致密化改性的制备方法、由此得到的致密化石墨材料及其应用
CN112441835A (zh) * 2020-12-04 2021-03-05 拓米(成都)应用技术研究院有限公司 一种高强高密炭素材料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN113526964A (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108706973B (zh) 一种高强度高导热石墨材料的制备方法
CN104496480A (zh) 碳化硅陶瓷预制体、铝基碳化硅陶瓷材料及其制备方法
CN107098702B (zh) 一种近净成型反应烧结碳化硅材料的制备方法
CN110498685B (zh) 一种碳纤维增强陶瓷基复合材料制备方法
CN110330350B (zh) 一种纤维增韧氧化铝陶瓷的制备方法
CN111517770A (zh) 一种高致密性熔融石英陶瓷的生产方法
CN102502595A (zh) 一种各向同性石墨的制备方法
CN112321300A (zh) 一种用于曲面玻璃热弯模具的高导热低孔隙石墨及其制备方法
CN109534820B (zh) 一种玻璃热弯成型用陶瓷模具及其制备方法
CN115057707A (zh) 一种高性能低游离硅含量反应烧结碳化硅陶瓷材料及其制备方法
CN115353394B (zh) 高强高密热场石墨材料及其制备方法
CN100344533C (zh) 一种高强度炭/石墨材料的制备方法
CN115894041A (zh) 一种粉末挤出3d打印成型反应烧结碳化硅陶瓷的制备方法
CN108975949B (zh) 一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料及其制备方法
CN114031391B (zh) 一种高强度镁铝尖晶石透明陶瓷制备方法
CN112194492A (zh) 氮化硅陶瓷材料及其制备方法与应用、防弹插板
CN113526964B (zh) 一种用于高尺寸稳定性碳素制品的碳基粘接剂及其制备方法
CN111234429A (zh) 一种ptfe/氮化硼复合材料及其制备方法
CN105777130B (zh) 反应烧结碳化硼陶瓷复合材料的凝胶注模成型制备方法
CN111825461A (zh) 石墨烯改性碳化硅陶瓷材料及其制备方法及防弹装甲
CN107999737B (zh) 一种连铸耐火件的制备工艺
CN112279670A (zh) 一种低收缩率多孔氮化硅陶瓷及其制备方法
CN114042910A (zh) 一种陶瓷增强金属基复合材料的制备方法
CN113563083A (zh) 超高温陶瓷预浸料、超高温陶瓷及其制备方法
CN113087501A (zh) 一种高强度石英陶瓷辊及其制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A carbon based adhesive for high dimensional stability carbon products and its preparation method

Effective date of registration: 20230731

Granted publication date: 20211228

Pledgee: Weifang branch of Bank of Beijing Co.,Ltd.

Pledgor: Shandong Hongdian New Material Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980050418