特種碳材料及其制作方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種特種碳材料及其制作方法。所述特種碳材料的制作方法包括：包括將兩種以上原料混捏、破碎和石墨化處理的操作，其中至少一種原料包括瀝青，至少另一種原料包括骨料；并且在進(jìn)行所述石墨化處理前，于至少一種原料和/或至少一反應(yīng)中間物中引入石墨烯。本發(fā)明專利技術(shù)提供的特種碳材料具有密度低，抗折強(qiáng)度高，電導(dǎo)率及耐磨性優(yōu)良等特點(diǎn)，同時其制備工藝簡單，能耗低，適于大規(guī)模生產(chǎn)。

Special carbon material and making method thereof

The invention discloses a special carbon material and a method for making the same. Including the manufacturing method of special carbon materials include: operating more than two kinds of raw materials mixing, crushing and graphitization, wherein at least one of raw materials including asphalt, at least one of the other raw materials including aggregate; and when the graphitization treatment before, at least one material and / or at least one reaction intermediate in the introduction of graphene. The special carbon material provided by the invention has the characteristics of low density, high bending strength, good electrical conductivity and abrasion resistance, etc. the preparation method has the advantages of simple preparation process, low energy consumption and suitability for large-scale production.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
特種碳材料及其制作方法
本專利技術(shù)具體涉及一種特種碳材料及其制作方法，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
特種碳材料因具有區(qū)別于普通碳材料的特異性能而受到越來越多的關(guān)注。例如，炭石墨材料作為一種常用的特種碳材料具有自潤滑、高導(dǎo)熱率、低線膨脹系數(shù)、高耐熱性等特性而被廣泛用于機(jī)械、電子、光電、冶金、航天航空、化工、核工業(yè)等多個領(lǐng)域。然而，目前的炭石墨材料在使用中通常還存在抗折、抗沖擊性能及降低微裂紋擴(kuò)展的能力不足等缺點(diǎn)，并且即使在現(xiàn)有炭石墨材料的制備工序中采用繁復(fù)、高能耗及高成本的復(fù)浸復(fù)焙操作，也僅能使其滿足常規(guī)物理和力學(xué)性能，抗壓、抗折強(qiáng)度偏低，體積密度偏大。而且現(xiàn)有炭石墨材料還存在電導(dǎo)率低、耐磨性差等缺陷。因而，現(xiàn)有炭石墨材料已經(jīng)難以滿足當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的主要目的在于提供一種特種碳材料及其制作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。為實(shí)現(xiàn)前述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案包括：本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種特種碳材料的制作方法，包括將兩種以上原料混捏、破碎和石墨化處理的操作，其中至少一種原料包括瀝青，至少另一種原料包括骨料；并且在進(jìn)行所述石墨化處理前，于至少一種原料和/或至少一反應(yīng)中間物中引入石墨烯。在一些實(shí)施方案中，所述的制作方法包括：在至少一種原料中混入石墨烯，之后將該至少一種原料與至少另一種原料混捏。在一些實(shí)施方案中，所述的制作方法亦可包括：將兩種以上原料與石墨烯混捏。在一些實(shí)施方案中，所述的制作方法還可包括：將兩種以上原料混捏、破碎并加工為生坯料，再對所述生坯料進(jìn)行焙燒并在包含石墨烯的浸漬物中浸漬，從而在引入石墨烯，之后進(jìn)行石墨化處理。本專利技術(shù)實(shí)施例還提供了由前述的任一種方法制備的特種碳材料。較之現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)提供的特種碳材料的密度低，抗折強(qiáng)度明顯提升，電導(dǎo)率及耐磨性也得到顯著改善，同時其制備工藝簡單，能耗低，適于大規(guī)模生產(chǎn)。附圖說明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例2中所獲的一種典型特種碳材料經(jīng)磨損測試后，磨損面的掃描電子顯微鏡照片。具體實(shí)施方式鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案專利技術(shù)人經(jīng)長期研究和大量實(shí)踐，得以提出本專利技術(shù)的技術(shù)方案。為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，如下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對該技術(shù)方案、其實(shí)施過程及原理等作進(jìn)一步的解釋說明。本專利技術(shù)實(shí)施例的一個方面提供的一種特種碳材料的制作方法包括將兩種以上原料混捏、破碎和石墨化處理的操作，其中至少一種原料包括瀝青，至少另一種原料包括骨料；并且，所述制作方法還包括：在進(jìn)行所述石墨化處理前，于至少一種原料和/或至少一反應(yīng)中間物中引入石墨烯。前述反應(yīng)中間物的可被定義為：由多個元反應(yīng)步驟構(gòu)成的復(fù)雜反應(yīng)在進(jìn)行過程中，系統(tǒng)中會出現(xiàn)的一種或數(shù)種物質(zhì)，它們在只表達(dá)反應(yīng)初態(tài)(反應(yīng)物)和反應(yīng)終態(tài)(產(chǎn)物)種類及其計(jì)量關(guān)系的反應(yīng)方程式中并不出現(xiàn)。在本專利技術(shù)中，所述的反應(yīng)中間物可以是下文述及的石墨烯復(fù)合瀝青、混合骨料、初坯料等在制備工藝中出現(xiàn)且有別于原料和產(chǎn)物的物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，所述的制作方法具體包括：在至少一種原料中混入石墨烯，之后將該至少一種原料與至少另一種原料混捏。在一些實(shí)施方案中，所述的制作方法具體包括：將兩種以上原料與石墨烯混捏。在一些較佳的具體實(shí)施方案中，所述的制作方法包括：將石墨烯與瀝青混合形成石墨烯復(fù)合瀝青，之后將所述石墨烯復(fù)合瀝青與該至少另一種原料進(jìn)行混捏。在一些更為具體的實(shí)施方案中，所述的制作方法包括：將石墨烯與瀝青在溫度為100～180℃(優(yōu)選為100～160℃)的條件下以50～500r/min(優(yōu)選為100～300r/min)的攪拌速度攪拌30～60min(優(yōu)選為40～50min)，形成石墨烯復(fù)合瀝青。進(jìn)一步的，在前述的這些具體實(shí)施方案中，所述石墨烯與瀝青的質(zhì)量比優(yōu)選為(1～2)：(30～80)，尤其優(yōu)選為(1～2)：(40～60)。進(jìn)一步的，在一些更為具體的較佳實(shí)施方案中，所述的制作方法包括：將所述石墨烯復(fù)合瀝青與骨料及石墨烯混捏。尤為優(yōu)選的，所述的制作方法還可包括：將所述石墨烯復(fù)合瀝青與骨料及石墨烯復(fù)合樹脂混捏。進(jìn)一步的，在前述的這些具體實(shí)施方案中，所述石墨烯復(fù)合樹脂所含石墨烯與樹脂的質(zhì)量比優(yōu)選為(30～50)：(2～6)，尤其優(yōu)選為(30～40)：(2～4)。進(jìn)一步的，所述樹脂包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂中的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。進(jìn)一步的，在前述的這些具體實(shí)施方案中，所述骨料、石墨烯復(fù)合樹脂與石墨烯復(fù)合瀝青的質(zhì)量比優(yōu)選為(80～110)：(0.5～2)：(20～50)，尤其優(yōu)選為(80～90)：(0.5～1)：(20～30)。在一些實(shí)施方案中，所述的制作方法具體包括：將兩種以上原料混捏、破碎后，再進(jìn)行成型處理，制得生坯料。進(jìn)一步的，在前述的這些實(shí)施方案中，所述成型處理的條件包括：成型壓力為1～10Mpa(4～6Mpa)、保壓2～10min(優(yōu)選為3～10min)。進(jìn)一步的，所述成型處理包括擠壓成型、模壓成型、等靜壓成型中的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。在一些實(shí)施方案中，所述的制作方法具體包括：將兩種以上原料混捏、破碎并加工為生坯料，再對所述生坯料進(jìn)行焙燒，之后進(jìn)行石墨化處理。在一些較佳的具體實(shí)施方案中，所述的制作方法還可包括：將所述生坯料焙燒并在包含石墨烯的浸漬物中浸漬，之后進(jìn)行石墨化處理。在一些更為具體的較佳實(shí)施方案中，所述的制作方法包括：對所述生坯料交替重復(fù)進(jìn)行焙燒、浸漬處理，之后進(jìn)行石墨化處理。例如，可以將所述生坯料焙燒以及在包含石墨烯的浸漬物中浸漬，并往復(fù)所述焙燒操作和浸漬操作(優(yōu)選為1～3次)，之后進(jìn)行石墨化處理，制得所述特種碳材料。進(jìn)一步的，在前述的這些實(shí)施方案中，所述焙燒的溫度優(yōu)選為1100～1200℃。進(jìn)一步的，在一些較佳的具體實(shí)施方案中，所述焙燒具體包括：將所述生坯料以3～10℃/h(優(yōu)選為5～8℃/h)升溫至200～350℃(優(yōu)選為250～300℃)；以1.5～6℃/h(優(yōu)選為1.5～3℃/h)升溫至400～500℃(優(yōu)選為400～450℃)；以1～3℃/h(優(yōu)選為1～2℃/h)升溫至600～800℃(優(yōu)選為600～700℃)；以3～5℃/h(優(yōu)選3～4℃/h)升溫至1100～1200℃(優(yōu)選為1100～1150℃)并保溫0.5h～24h(例如優(yōu)選為0.5h～2h)；以10～20℃/h(優(yōu)選為10～15℃/h)降至室溫。進(jìn)一步的，在前述的這些實(shí)施方案中，所述浸漬物包括石墨烯復(fù)合焦油、石墨烯復(fù)合樹脂或所述石墨烯復(fù)合瀝青中的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。進(jìn)一步的，在前述的這些實(shí)施方案中，所述浸漬的條件包括：浸漬溫度為110～250℃(優(yōu)選為120～200℃)，壓力為1～3MPa(優(yōu)選為1～2MPa)、保壓時間為30～90min(優(yōu)選為30～60min)。在一些較為具體的實(shí)施方案中，所述石墨烯復(fù)合焦油中的焦油優(yōu)選包括煤焦油。進(jìn)一步的，在這些較為具體的實(shí)施方案中，所述石墨烯復(fù)合焦油所含石墨烯與煤焦油的質(zhì)量比優(yōu)選為(1～2)：(30～80)，尤其優(yōu)選為(1～2)：(30～60)。在一些較為具體的實(shí)施方案中，所述石墨烯復(fù)合樹脂中的樹脂包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂中的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。在一些較為具體的實(shí)施方案中，所述石墨烯復(fù)合樹脂所含石墨烯和樹脂的質(zhì)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種特種碳材料的制作方法，包括將兩種以上原料混捏、破碎和石墨化處理的操作，其中至少一種原料包括瀝青，至少另一種原料包括骨料；其特征在于，所述制作方法還包括：在進(jìn)行所述石墨化處理前，于至少一種原料和/或至少一反應(yīng)中間物中引入石墨烯。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種特種碳材料的制作方法，包括將兩種以上原料混捏、破碎和石墨化處理的操作，其中至少一種原料包括瀝青，至少另一種原料包括骨料；其特征在于，所述制作方法還包括：在進(jìn)行所述石墨化處理前，于至少一種原料和/或至少一反應(yīng)中間物中引入石墨烯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于包括：在至少一種原料中混入石墨烯，之后將該至少一種原料與至少另一種原料混捏。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于包括：將兩種以上原料與石墨烯混捏。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于包括：將石墨烯與瀝青混合形成石墨烯復(fù)合瀝青，之后將所述石墨烯復(fù)合瀝青與該至少另一種原料進(jìn)行混捏。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于具體包括：將石墨烯與瀝青在溫度為100～180℃(優(yōu)選為100～160℃)的條件下以50～500r/min(優(yōu)選為100～300r/min)的攪拌速度攪拌30～60min(優(yōu)選為40～50min)，形成石墨烯復(fù)合瀝青；優(yōu)選的，所述石墨烯與瀝青的質(zhì)量比為(1～2)：(30～80)，尤其優(yōu)選為(1～2)：(40～60)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于包括：將所述石墨烯復(fù)合瀝青與骨料及石墨烯混捏。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法，其特征在于包括：將所述石墨烯復(fù)合瀝青與骨料及石墨烯復(fù)合樹脂混捏；優(yōu)選的，所述石墨烯復(fù)合樹脂所含石墨烯與樹脂的質(zhì)量比為(30～50)：(2～6)，尤其優(yōu)選為(30～40)：(2～4)；優(yōu)選的，所述樹脂包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂中的任意一種或兩種以上的組合；優(yōu)選的，所述骨料、石墨烯復(fù)合樹脂與石墨烯復(fù)合瀝青的質(zhì)量比為(80～110)：(0.5～2)：(20～50)，尤其優(yōu)選為(80～90)：(0.5～1)：(20～30)。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于包括：將兩種以上原料混捏、破碎后，再進(jìn)行成型處理，制得生坯料；優(yōu)選的，所述成型處理的條件包括：成型壓力為1～10Mpa(4～6Mpa)、保壓2～10min(優(yōu)選為3～10min)；優(yōu)選的，所述成型處理包括擠壓成型、模壓成型、等靜壓成型中的任意一種或兩種以上的組合。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：將兩種以上原料混捏、破碎并加工為生坯料，再對所述生坯料進(jìn)行焙燒，之后進(jìn)行石墨化處理；優(yōu)選的，所述的制作方法包括：將所述生坯料焙燒并在包含石墨烯的浸漬物中浸漬，之后進(jìn)行石墨化處理；優(yōu)選的，所述的制作方法包括：對所述生坯料交替重復(fù)進(jìn)行焙燒、浸漬處理，之后進(jìn)行石墨化處理。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于：所述焙燒的溫度為1100～1200℃；優(yōu)選的，所述焙燒具體包括：將所述生坯料以3～10℃/h(優(yōu)選為5～8℃/h)升溫至200～350℃(優(yōu)選為250～300℃)；以1.5～6℃/h(優(yōu)選為1.5～3℃/h)升溫至400～500℃(優(yōu)選為400～450℃)；以1～3℃/h(優(yōu)選為1～2℃/h)升溫至600～800℃(優(yōu)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：相喜，蔣永華，張維，
申請(專利權(quán))人：蘇州高通新材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32