CN115677369A - 一种热电厂用石墨质壳体及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热电厂用石墨质壳体及其制备工艺，涉及热电厂技术领域。该热电厂用石墨质壳体，包括石墨质壳体内板和涂抹于其外侧的涂料层，所述石墨质壳体内板包括以下重量份的原料：石墨35‑55份、碳纤维25‑40份、液体粘结剂8‑15份、助溶剂5‑15份，所述涂料层包括以下重量份的原料：石墨烯粉末55‑65份、有机硅树脂45‑60份、氧化铝5‑10份、氧化硅5‑10份、膨润土4‑9份、溶剂73‑85份。通过利用石墨烯粉末、有机硅树脂、氧化铝、氧化硅、膨润土等形成涂料层，石墨、碳纤维、液体粘结剂、助溶剂作为石墨质壳体内板材质，将涂料层涂抹于石墨质壳体内板表面，进行防腐处理，耐腐蚀、抗氧化，同时石墨质壳体内板导热性能好、重量轻、耐高温、使用寿命长。

Description

一种热电厂用石墨质壳体及其制备工艺

技术领域

本发明涉及热电厂技术领域，具体为一种热电厂用石墨质壳体及其制备工艺。

背景技术

热电厂由于客观事实不可能与大型发电厂在同等起跑线上“竞价上网”的。热电厂装机容量受热负荷大小、性质等制约，机组规模要比火电厂的主力机组小很多。热电厂由于既发电又供热，锅炉容量大于同规模火电厂。热电厂必须比一般火电厂多增设锅炉容量以备用，水处理量也大。热电厂必须靠近热负荷中心，往往又是人口密集区的城镇中心，其用水、征地、拆迁、环保要求等均大大高于同容量火电厂，同时还建热力管网。在电力系统中，各类换热器是不可缺少的设备，特点是必须防腐蚀。

随着能源与环保意识的增强，把余热利用即热能转换普遍应用到化工生产中，要求换热器具有双向防腐蚀功能，在现有工序设备中都是采用钢衬橡胶、钢衬玻璃钢，钢衬聚乙烯、钢衬四氟、钢衬搪瓷等技术手段来解决壳体的耐腐蚀性能，在诸多的方法中，存在着耐腐蚀性、耐温性、耐压性不足等问题，有的甚至影响使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种热电厂用石墨质壳体及其制备工艺，解决了现有的换热器壳体存在着的耐腐蚀性、耐温性、耐压性不足的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种热电厂用石墨质壳体，包括石墨质壳体内板和涂抹于其外侧的涂料层，所述石墨质壳体内板包括以下重量份的原料：石墨35-55份、碳纤维25-40份、液体粘结剂8-15份、助溶剂5-15份，所述涂料层包括以下重量份的原料：石墨烯粉末55-65份、有机硅树脂45-60份、氧化铝5-10份、氧化硅5-10份、膨润土4-9份、溶剂73-85份。

优选的，一种热电厂用石墨质壳体的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按重量份取原料：石墨35-55份、碳纤维25-40份、液体粘结剂8-15份、助溶剂5-15份，混合搅拌，搅拌时间30-55min，转速600-740r/min，得到混合料；

S2、将S1步骤中混合均匀后的混合料铺在模具中，表面刮平，温度为45-65℃条件下，用压力机给动磨具一个1.5-2MPa的压力，压力机以8-12mm/min的速度加压，达到预定压力后保持2-4min，压制成为石墨质基板；

S3、将石墨质基板在温度为800-1200℃的条件下，烧结2-3小时，将石墨质基板在空气中冷却至300-350℃后，在热压烧结炉中进行热压烧结，烧结温度为1700-1900℃，压力为30-40MPa，热压烧结时间为80-110min，冷却至室温后，浸渍并烘干，得到石墨质壳体内板；

S4、按照重量份称取原料：石墨烯粉末55-65份、有机硅树脂45-60份、氧化铝5-10份、氧化硅5-10份、膨润土4-9份、溶剂73-85份，将石墨烯粉末、有机硅树脂、氧化铝、氧化硅、膨润土、溶剂混合后，搅拌20-40min，转速500-890r/min，得到石墨烯涂料，将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面，并烘干40-60min，温度为90-110℃，得到所述石墨质壳体。

优选的，热压烧结过程在真空环境或惰性气氛下进行。

优选的，浸渍并烘干时，将石墨质壳体内板放入树脂溶液中进行浸渍，浸渍时间为1-2小时，然后在60℃-85℃的温度下加热烘干2-3小时。

优选的，所述液体粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂中的一种或多种。

优选的，将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面，形成涂料层，所述涂料层的厚度为0.3-3mm。

优选的，所述石墨质壳体内板包括以下重量份的原料：石墨45份、碳纤维33份、液体粘结剂10份、助溶剂10份，所述涂料层包括以下重量份的原料：石墨烯粉末8份、有机硅树脂50份、氧化铝13份、氧化硅13份、膨润土6份、溶剂79份。

优选的，将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面的步骤前，利用清洗剂对石墨质壳体内板表面进行喷淋清洗钝化，在完成清洗后使用压力为2倍标准大气压的惰性气体对石墨质壳体内板表面进行风干干燥，干燥风干时温度为55-65℃。

本发明提供了一种热电厂用石墨质壳体及其制备工艺。具备以下有益效果：

1、本发明通过利用石墨烯粉末、有机硅树脂、氧化铝、氧化硅、膨润土等形成涂料层，石墨、碳纤维、液体粘结剂、助溶剂作为石墨质壳体内板材质，将涂料层涂抹于石墨质壳体内板表面，进行防腐处理，耐腐蚀、抗氧化，同时石墨质壳体内板导热性能好、重量轻、耐高温、使用寿命长。

2、本发明通过压制石墨质基板，在热压烧结炉中进行热压烧结，浸渍并烘干，将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面，石墨质壳体的机械性能优良，密封性能好，耐腐蚀性强，高强度，耐高温，解决了现有的换热器用壳体存在着的耐腐蚀性、耐温性、耐压性不足的问题，有利于降低换热器的厚度，易于批量生产，充分发挥石墨烯的优良性能，制备工艺简单，生产效率高。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本发明实施例提供一种热电厂用石墨质壳体，包括石墨质壳体内板和涂抹于其外侧的涂料层，石墨质壳体内板包括以下重量份的原料：石墨55份、碳纤维40份、液体粘结剂15份、助溶剂15份，涂料层包括以下重量份的原料：石墨烯粉末65份、有机硅树脂60份、氧化铝10份、氧化硅10份、膨润土9份、溶剂85份。

石墨是碳的一种同素异形体，为灰黑色、不透明固体，化学性质稳定，耐腐蚀，同酸、碱等药剂不易发生反应，在氧气中燃烧生成二氧化碳，可被强氧化剂如浓硝酸、高锰酸钾等氧化。可用作抗磨剂、润滑剂，高纯度石墨用作原子反应堆中的中子减速剂，还可用于制造绀蜗、电极、电刷、千电池、石墨纤维、换热器、冷却器、电弧炉、弧光灯、铅笔的笔芯等。

利用石墨烯粉末、有机硅树脂、氧化铝、氧化硅、膨润土等形成涂料层，石墨、碳纤维、液体粘结剂、助溶剂作为石墨质壳体内板材质，将涂料层涂抹于石墨质壳体内板表面，进行防腐处理，耐腐蚀、抗氧化，同时石墨质壳体内板导热性能好、重量轻、耐高温、使用寿命长。

实施例二：

本发明实施例提供一种热电厂用石墨质壳体的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按重量份取原料：石墨55份、碳纤维40份、液体粘结剂15份、助溶剂15份，混合搅拌，搅拌时间55min，转速740r/min，得到混合料；液体粘结剂为酚醛树脂。

S2、将S1步骤中混合均匀后的混合料铺在模具中，表面刮平，温度为65℃条件下，用压力机给动磨具一个2MPa的压力，压力机以12mm/min的速度加压，达到预定压力后保持4min，压制成为石墨质基板；提高材料的稳定性，降低石墨质基板的厚度，易于批量生产。

S3、将石墨质基板在温度为1200℃的条件下，烧结3小时，将石墨质基板在空气中冷却至350℃后，在热压烧结炉中进行热压烧结，烧结温度为1900℃，压力为40MPa，热压烧结时间为110min，冷却至室温后，浸渍并烘干，得到石墨质壳体内板；热压烧结过程在真空环境或惰性气氛下进行。浸渍并烘干时，将石墨质壳体内板放入树脂溶液中进行浸渍，浸渍时间为2小时，然后在85℃的温度下加热烘干3小时。

由于石墨材料具有优异的化学稳定性，得到的石墨质壳体内板具有优异的耐腐蚀性能，热压烧结炉中，随着温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙和气孔渐趋减少，通过物质的传递，密度增加，最后成为坚硬的石墨质壳体内板。

S4、按照重量份称取原料：石墨烯粉末65份、有机硅树脂60份、氧化铝10份、氧化硅10份、膨润土9份、溶剂85份，将石墨烯粉末、有机硅树脂、氧化铝、氧化硅、膨润土、溶剂混合后，搅拌40min，转速890r/min，得到石墨烯涂料，将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面，并烘干60min，温度为110℃，得到石墨质壳体。将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面，形成涂料层，涂料层的厚度为3mm。

石墨质壳体的机械性能优良，密封性能好，耐腐蚀性强，高强度，耐高温，解决了现有的换热器用壳体存在着的耐腐蚀性、耐温性、耐压性不足的问题，有利于降低换热器的厚度，易于批量生产，充分发挥石墨烯的优良性能，制备工艺简单，生产效率高。

将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面的步骤前，利用清洗剂对石墨质壳体内板表面进行喷淋清洗钝化，在完成清洗后使用压力为2倍标准大气压的惰性气体对石墨质壳体内板表面进行风干干燥，干燥风干时温度为65℃。大大提高了保护效果，避免表面严重的氧化现象，进而起到风干成型的效果。

实施例三：

本发明实施例提供一种热电厂用石墨质壳体，包括石墨质壳体内板和涂抹于其外侧的涂料层，石墨质壳体内板包括以下重量份的原料：石墨45份、碳纤维33份、液体粘结剂10份、助溶剂10份，涂料层包括以下重量份的原料：石墨烯粉末8份、有机硅树脂50份、氧化铝13份、氧化硅13份、膨润土6份、溶剂79份。

利用石墨烯粉末、有机硅树脂、氧化铝、氧化硅、膨润土等形成涂料层，石墨、碳纤维、液体粘结剂、助溶剂作为石墨质壳体内板材质，将涂料层涂抹于石墨质壳体内板表面，进行防腐处理，耐腐蚀、抗氧化，同时石墨质壳体内板导热性能好、重量轻、耐高温、使用寿命长。

实施例四：

本发明实施例提供一种热电厂用石墨质壳体的制备工艺，包括以下步骤：

S1、按重量份取原料：石墨45份、碳纤维33份、液体粘结剂10份、助溶剂10份，混合搅拌，搅拌时间35min，转速680r/min，得到混合料；液体粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂中的一种或多种。

S2、将S1步骤中混合均匀后的混合料铺在模具中，表面刮平，温度为50℃条件下，用压力机给动磨具一个1.8MPa的压力，压力机以10mm/min的速度加压，达到预定压力后保持3min，压制成为石墨质基板；提高材料的稳定性，降低石墨质基板的厚度，易于批量生产。

S3、将石墨质基板在温度为980℃的条件下，烧结2小时，将石墨质基板在空气中冷却至350℃后，在热压烧结炉中进行热压烧结，烧结温度为1800℃，压力为35MPa，热压烧结时间为100min，冷却至室温后，浸渍并烘干，得到石墨质壳体内板；热压烧结过程在真空环境或惰性气氛下进行。浸渍并烘干时，将石墨质壳体内板放入树脂溶液中进行浸渍，浸渍时间为2小时，然后在75℃的温度下加热烘干3小时。

由于石墨材料具有优异的化学稳定性，得到的石墨质壳体内板具有优异的耐腐蚀性能，热压烧结炉中，随着温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙和气孔渐趋减少，通过物质的传递，密度增加，最后成为坚硬的石墨质壳体内板。

S4、按照重量份称取原料：石墨烯粉末8份、有机硅树脂50份、氧化铝13份、氧化硅13份、膨润土6份、溶剂79份，将石墨烯粉末、有机硅树脂、氧化铝、氧化硅、膨润土、溶剂混合后，搅拌30min，转速700r/min，得到石墨烯涂料，将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面，并烘干50min，温度为100℃，得到石墨质壳体。将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面，形成涂料层，涂料层的厚度为2.2mm。

石墨质壳体的机械性能优良，密封性能好，耐腐蚀性强，高强度，耐高温，解决了现有的换热器用壳体存在着的耐腐蚀性、耐温性、耐压性不足的问题，有利于降低换热器的厚度，易于批量生产，充分发挥石墨烯的优良性能，制备工艺简单，生产效率高。

将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面的步骤前，利用清洗剂对石墨质壳体内板表面进行喷淋清洗钝化，在完成清洗后使用压力为2倍标准大气压的惰性气体对石墨质壳体内板表面进行风干干燥，干燥风干时温度为60℃。大大提高了保护效果，避免表面严重的氧化现象，进而起到风干成型的效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种热电厂用石墨质壳体，其特征在于：包括石墨质壳体内板和涂抹于其外侧的涂料层，所述石墨质壳体内板包括以下重量份的原料：石墨35-55份、碳纤维25-40份、液体粘结剂8-15份、助溶剂5-15份，所述涂料层包括以下重量份的原料：石墨烯粉末55-65份、有机硅树脂45-60份、氧化铝5-10份、氧化硅5-10份、膨润土4-9份、溶剂73-85份。

2.根据权利要求1所述的一种热电厂用石墨质壳体的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1、按重量份取原料：石墨35-55份、碳纤维25-40份、液体粘结剂8-15份、助溶剂5-15份，混合搅拌，搅拌时间30-55min，转速600-740r/min，得到混合料；

S2、将S1步骤中混合均匀后的混合料铺在模具中，表面刮平，温度为45-65℃条件下，用压力机给动磨具一个1.5-2MPa的压力，压力机以8-12mm/min的速度加压，达到预定压力后保持2-4min，压制成为石墨质基板；

S3、将石墨质基板在温度为800-1200℃的条件下，烧结2-3小时，将石墨质基板在空气中冷却至300-350℃后，在热压烧结炉中进行热压烧结，烧结温度为1700-1900℃，压力为30-40MPa，热压烧结时间为80-110min，冷却至室温后，浸渍并烘干，得到石墨质壳体内板；

S4、按照重量份称取原料：石墨烯粉末55-65份、有机硅树脂45-60份、氧化铝5-10份、氧化硅5-10份、膨润土4-9份、溶剂73-85份，将石墨烯粉末、有机硅树脂、氧化铝、氧化硅、膨润土、溶剂混合后，搅拌20-40min，转速500-890r/min，得到石墨烯涂料，将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面，并烘干40-60min，温度为90-110℃，得到所述石墨质壳体。

3.根据权利要求2所述的一种热电厂用石墨质壳体的制备工艺，其特征在于：热压烧结过程在真空环境或惰性气氛下进行。

4.根据权利要求2所述的一种热电厂用石墨质壳体的制备工艺，其特征在于：浸渍并烘干时，将石墨质壳体内板放入树脂溶液中进行浸渍，浸渍时间为1-2小时，然后在60℃-85℃的温度下加热烘干2-3小时。

5.根据权利要求2所述的一种热电厂用石墨质壳体的制备工艺，其特征在于：所述液体粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂中的一种或多种。

6.根据权利要求2所述的一种热电厂用石墨质壳体的制备工艺，其特征在于：将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面，形成涂料层，所述涂料层的厚度为0.3-3mm。

7.根据权利要求2所述的一种热电厂用石墨质壳体的制备工艺，其特征在于：所述石墨质壳体内板包括以下重量份的原料：石墨45份、碳纤维33份、液体粘结剂10份、助溶剂10份，所述涂料层包括以下重量份的原料：石墨烯粉末8份、有机硅树脂50份、氧化铝13份、氧化硅13份、膨润土6份、溶剂79份。

8.根据权利要求2所述的一种热电厂用石墨质壳体的制备工艺，其特征在于：将石墨烯涂料均匀涂抹在石墨质壳体内板表面的步骤前，利用清洗剂对石墨质壳体内板表面进行喷淋清洗钝化，在完成清洗后使用压力为2倍标准大气压的惰性气体对石墨质壳体内板表面进行风干干燥，干燥风干时温度为55-65℃。