石墨乳的制備方法、用途及發(fā)展趨勢(shì)

張馨文

(黑龍江省冶金設(shè)計(jì)規(guī)劃院，哈爾濱150040)

1 細(xì)拉絲石墨乳的制備工藝及原則配方

1.1 細(xì)拉絲石墨乳制備工藝

按配方在攪拌釜中加入石墨超細(xì)微粒子、部分純水和氨水，攪拌分散均勻，達(dá)到微粒子分散、解膠要求后，再加入乙二醇、聚乙烯醇、苯乙烯丙烯酸乳液、部分氨水、分散劑，在高速分散器中高速分散，2h后，加入振動(dòng)球磨機(jī)中球磨20h，放出上料加入增稠劑聚丙烯酰胺PHP30(900～1000)并捏和均勻，再檢測(cè)、過(guò)篩、包裝、入庫(kù)。

1.2 細(xì)拉絲石墨乳原則配方

石墨超細(xì)微粒子，12%～35%;分散劑，1%～5%;粘結(jié)劑，8%～18%;有機(jī)助劑，5%～9%;氨水，2%～4%;增稠劑，16%～23%;純水，余量。

2 彩色顯像管用黑底石墨乳制備

2.1 石墨原料選擇

日立型彩管石墨乳對(duì)石墨品質(zhì)的基本要求，主要有:①具有一定的純度，鱗片石墨要達(dá)98%以上，土狀石墨要達(dá)94%以上;②揮發(fā)份低，熱減耗溫度在700℃以上;③Cl－、F－元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得超出30mg/kg。

2.2 黑底石墨乳用超細(xì)石墨微粒子制備

鱗片石墨微粒子制備采用的是濕粉碎系統(tǒng)。具體操作是:將325目鱗片石墨粉和其它輔助材料按一定比例充分混合，攪拌均勻，加入CB2300雙筒振動(dòng)磨中研磨粉碎，混合料的固性成份在28%～30%、pH為10±0.15、黏度為50～80cp(25℃)，研磨粉碎的時(shí)間為20～25h。然后排料，將料用隔膜泵打入粗分級(jí)機(jī)，分級(jí)得到的粗粒子返回振動(dòng)磨配料槽用于配料，細(xì)粒子再進(jìn)一步用精密分級(jí)機(jī)分級(jí)。精分級(jí)后，將細(xì)粒子液用水稀釋使其溶液濃度為0.8%～1.5%，再加入適量磷酸加以凝析，使溶液的pH=2～3，充分?jǐn)嚢瑁胖?～10h，進(jìn)入捕集機(jī)捕集得到固性成份28%～32%的微濾餅，即半成品。

2.3 黑底石墨乳中石墨粒子的分散條件

彩管用黑底石墨乳中使用的原料是石墨。石墨屬于疏水性物質(zhì)，如果單靠攪拌石墨粒子是不能得到穩(wěn)定的分散體系的。通常為了達(dá)到良好的分散效果，需要增加分散劑，又稱保護(hù)性膠體，如羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)和阿拉伯膠等。其作用是，這些保護(hù)性膠體可包圍在石墨粒子周圍，把它變成親水性，因此，要使石墨粒子在水中能夠保持穩(wěn)定存在，就必須加入適量的分散劑。

黑底石墨乳的分散條件是:①膠體石墨粒子的超細(xì)化處理，即為前述的石墨粒子進(jìn)行超細(xì)粉碎和分級(jí)處理;②石墨粒子在水中的分散體系的處理:為使石墨膠體粒子能夠穩(wěn)定地分散在水中，首先添加親水性保護(hù)性膠體(分散劑)，另外添加與石墨粒子相同電荷的解膠劑，使石墨微粒子之間增強(qiáng)排斥力，而穩(wěn)定地懸浮于水中，不發(fā)生凝集、沉降，石墨粒子在pH為10左右的水中帶負(fù)電荷，解膠劑為陰離子(或堿性)物質(zhì)，一般選用價(jià)廉、但效果好的氨水，這時(shí)石墨粒子在水中能夠很好地分散。

2.4 黑底石墨乳的生產(chǎn)工藝流程

石墨半成品→解膠→(增稠劑+粘結(jié)劑+分散劑)攪拌→除鐵→取樣→檢測(cè)→成品。將石墨微濾餅稱量，按一定比例加入純水?dāng)嚢琛Ｈ缓螅幢壤尤虢饽z劑，用裝有鋼球的砂磨機(jī)解膠。按要求，如需配制1t成品，解膠作業(yè)時(shí)間一般為1～1.5h。解膠完全后，pH調(diào)整到10左右，這時(shí)石墨微粒子表面帶電荷，在液相中處于分散狀態(tài)，然后，再按比例分別加入增稠劑(羧甲基纖維素)、粘結(jié)劑(硅溶膠)和分散劑等輔助材料。配比為:石墨干量為9%～11%，增稠劑量為0.8%～1.8%，粘結(jié)劑量為2%～4%，分散劑量為1%～2%，去離子水量為80%～90%。經(jīng)高速攪拌機(jī)攪拌均勻，時(shí)間為1h左右，固定電磁鐵除鐵，然后取樣品1kg放置10h以上，在搖擺機(jī)上晃動(dòng)0.5h，檢測(cè)。檢測(cè)合格后，最終成為黑底石墨乳產(chǎn)品。

3 石墨乳的應(yīng)用

3.1 細(xì)拉絲石墨乳在鎢絲拉制中的應(yīng)用

新研制的細(xì)拉絲石墨乳，經(jīng)上海上燈鎢鉬制品有限公司在10MD2A和10MD2B多模拉絲機(jī)上使用，證明其石墨平均粒徑小，用純水稀釋后不沉降，在鎢絲表面附著性能好，成膜強(qiáng)度高，潤(rùn)滑膜均勻、致密，具有良好的抗氧化性能。

3.2 黑底石墨乳在彩色顯象管中的應(yīng)用

彩色顯象管采用石墨黑底技術(shù)是生產(chǎn)技術(shù)上的進(jìn)步。由于石墨的電阻率小，所以是一種優(yōu)良的導(dǎo)電體，它色黑且不透明，具有吸熱且輻射能大、二次電子放射能小、氣體吸收量大及熱膨脹率小等特性，涂于顯象管的內(nèi)壁，防止二次電子放射，促使光反射小，起屏蔽作用。該彩管黑底石墨乳涂料完全適于日立型彩管生產(chǎn)的使用要求，化學(xué)性能穩(wěn)定，涂敷效果好，畫(huà)面圖像清晰，對(duì)比度強(qiáng)，亮度高。目前，在廣東福地和上海永新彩管公司的日立型彩管生產(chǎn)線上使用，效果良好。

3.3 石墨乳在電鑄中的應(yīng)用

以非金屬母模電鑄，首先要對(duì)母模表面進(jìn)行一系列復(fù)雜的化學(xué)處理，使其表面導(dǎo)電化。我們?cè)谠囼?yàn)中使用了一種電真空材料－石墨乳作導(dǎo)電化處理材料，取得了良好的處理效果。人們看到，各種陰極射線管，如顯像管、示波管，它們的波殼內(nèi)外都有一層黑色的涂層，這就是以石墨乳形式涂上去的石墨導(dǎo)電層。

3.4 膠體石墨乳的應(yīng)用

可提供水基、油基、速干性多種潤(rùn)滑劑及防腐蝕導(dǎo)電涂料，產(chǎn)品分為玻纖導(dǎo)電石墨乳;鍛造石墨乳;拉絲石墨乳;高能電池導(dǎo)電涂料;活塞壓鑄涂料;陽(yáng)極、油基石墨乳;石墨節(jié)能添加劑;齒輪減磨添加劑;熱采高溫石墨密封脂九大系列、三十多個(gè)品種供用戶選擇。石墨乳除了用作導(dǎo)電材料外，在金屬母模電鑄中還可用作脫模劑。

4 石墨乳的發(fā)展趨勢(shì)

石墨是我國(guó)優(yōu)勢(shì)非金屬礦產(chǎn)之一。我國(guó)石墨資源豐富，儲(chǔ)量和產(chǎn)銷量都居世界首位，目前已探明儲(chǔ)量晶質(zhì)石墨礦物15 692萬(wàn)t、隱晶質(zhì)石墨礦物4 780萬(wàn)t。與世界同類礦床比較，我國(guó)石墨礦石質(zhì)量總體上處于中等水平。在資源分布上，全國(guó)20多個(gè)省、市、自治區(qū)發(fā)現(xiàn)有石墨礦點(diǎn)，其中黑龍江、山東、內(nèi)蒙古及山西、河北交界處集中了全國(guó)晶質(zhì)石墨保有儲(chǔ)量的90%以上，隱晶質(zhì)石墨則主要分布在湖南、吉林兩省。但由于技術(shù)開(kāi)發(fā)投入不夠，目前我國(guó)石墨仍以原料生產(chǎn)及加工鱗片石墨為主，相應(yīng)的石墨乳材料開(kāi)發(fā)也不夠完全。石墨乳是前景很大的新興材料，能夠廣泛用于高科技領(lǐng)域，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)投入人力、財(cái)力進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。天然石墨乳深加工技術(shù)進(jìn)展很快，目前已形成一些新型產(chǎn)業(yè)。