膨胀石墨的制备工艺与应用
膨胀石墨的制备_结构和应用_陈志刚
膨胀石墨是由天然鳞片石墨制得的一种疏松多
孔的蠕虫状物质, 因此又叫作石墨蠕虫. 天然鳞片石
墨是具有层状结构的晶体, 每一层的碳原子以强有 力的共价健组合成网状平面大分子, 而层与层之间 以很弱的范德华力结合, 在强氧化剂的作用下, 网状 平面大分子变成带有正电荷的平面大分子, 致使具 有极性的 H2 SO4 分子和硫酸氢根等负离子插入石 墨层中形成 可膨胀 石墨 [ 3] , 又 叫石 墨层 间化合 物 ( g raph ite intercalat ion com pounds, G ICs). 由于在 膨 化过程中形成了独特的网络孔系, 比表面积较大, 并 且所产生新鲜表面的活性较高, 所以具有很好的吸
可膨胀石墨 成分
可膨胀石墨成分可膨胀石墨是一种特殊的石墨，具有独特的物理和化学性质。
它在高温下经过氧化和膨胀处理后，形成了膨胀的结构。
本文将介绍可膨胀石墨的成分、制备方法、应用领域以及未来的发展方向。
一、可膨胀石墨的成分可膨胀石墨主要由石墨和氧化剂组成。
石墨是一种由碳原子构成的晶体，具有层状结构。
氧化剂则是通过在高温下将石墨暴露在氧气或其他氧化性气体中进行氧化处理得到的。
氧化剂的种类可以是氧气、二氧化氯、二氧化硫等。
二、可膨胀石墨的制备方法可膨胀石墨的制备方法主要分为两步：氧化和膨胀。
首先，将石墨暴露在氧化剂中，在高温下进行氧化反应，使石墨表面形成氧化层。
然后，通过加热处理，氧化层中的气体被释放出来，从而形成膨胀的结构。
三、可膨胀石墨的应用领域可膨胀石墨由于其独特的物理和化学性质，在许多领域具有广泛的应用。
首先，可膨胀石墨可以作为填料在高温密封材料中使用，具有优异的耐高温性能和密封性能。
其次，可膨胀石墨可以制备成膨胀石墨板，用于隔热、吸声和阻燃等领域。
此外，可膨胀石墨还可以用于制备膨胀石墨烯，具有很高的导热性能和机械强度，可应用于电子器件、储能材料等方面。
四、可膨胀石墨的未来发展方向随着科学技术的不断进步，可膨胀石墨在未来有着广阔的发展前景。
一方面，研究人员可以进一步改进制备方法，提高可膨胀石墨的膨胀性能和稳定性。
另一方面，可以探索可膨胀石墨在新能源领域的应用，如太阳能电池、燃料电池等。
此外，可膨胀石墨还可以与其他材料进行复合，形成新的复合材料，用于更广泛的领域。
可膨胀石墨是一种特殊的石墨，具有独特的物理和化学性质。
它的制备方法简单，应用领域广泛，未来还有很大的发展潜力。
我们相信，在科学家们的不懈努力下，可膨胀石墨将在各个领域展现出更加优异的性能，并为人类的生活带来更多的便利和创新。
膨胀石墨密度-概述说明以及解释
膨胀石墨密度-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容可以描述整篇文章的背景和主题，并引出文章所要探讨的内容。
下面是一种可能的方式来撰写概述部分的内容:"1.1 概述膨胀石墨密度是指膨胀石墨材料的密度值，它是研究膨胀石墨材料物理性质和应用领域的重要参数之一。
随着科学技术的不断发展，膨胀石墨在高温、高压和高速摩擦等特殊环境下表现出独特的性能和应用潜力。
因此，对膨胀石墨密度进行深入研究和理解，对于推动膨胀石墨材料的应用和开发具有重要意义。
本文致力于对膨胀石墨密度进行系统性研究和分析，并将其影响因素进行探讨。
首先，我们将介绍膨胀石墨的定义和特性，包括其结构、组成和化学性质等方面。
其次，我们将重点关注膨胀石墨密度的影响因素，包括温度、压力和化学处理等。
通过对这些因素的详细讨论，我们将得出关于膨胀石墨密度变化规律的结论，并探讨对膨胀石墨密度的重要性和应用进行深入思考。
通过本文的研究和讨论，我们将进一步了解膨胀石墨密度的相关知识和特性，为其在高温、高压和特殊摩擦条件下的应用提供理论依据。
同时，我们也将为膨胀石墨材料的未来发展和应用提供新的思路和方向。
接下来的章节中，我们将逐步深入挖掘膨胀石墨密度的相关内容。
首先，我们将介绍膨胀石墨的定义和特性，以帮助读者对膨胀石墨的基本知识有一个全面的了解。
然后，我们将详细讨论膨胀石墨密度的影响因素，包括外部环境和内部结构等方面。
最后，我们将总结研究结果，并对膨胀石墨密度的重要性和应用进行讨论，以期为膨胀石墨材料的进一步研究和应用提供参考和指导。
"1.2 文章结构文章结构部分可以描述一下整篇文章的组织结构和各个章节的内容概述，以帮助读者更好地理解文章的组织架构和思路。
具体内容可以参考下方示例：文章结构本文主要探讨膨胀石墨密度的相关问题。
文章共分为引言、正文和结论三个部分。
1. 引言引言部分主要概述膨胀石墨密度的基本概念，并介绍文章的研究目的和意义。
首先简要介绍了膨胀石墨的定义和特性，并重点探讨了膨胀石墨密度对其性能的影响。
膨胀石墨综述
HUNAN UNIVERSITY膨胀石墨制备膨胀石墨制备学生姓名：张成智学生学号：B1513Z0359学院名称：材料科学与工程学院指导老师：陈刚二〇一五年十一月膨胀石墨制备工艺综述摘要：随着近代生产向高速度、高参数发展，尤其是原子能、导电、地热、宇航等新技术的兴起，对材料的要求也越来越高。
例如，旋转发动机顶点部分的滑动密封、石油、化工、冶金、地热工业中的高温密封、核工业上的耐辐射密封等，都需要一种既耐高温、耐腐蚀、耐辐射、又有柔软性、回弹性和长寿命抗氧化的高性能密封材料。
近年来实践证明，膨胀石墨和以它为基体的复合材料能够很好地满足诸方面的要求。
本文通过查阅文献总结了膨胀石墨的制备方法、工艺、应用，以及发展趋势。
关键词：膨胀石墨；机理；复合材料；应用膨胀石墨，研究碳材料的同仁肯定不陌生，但是如何定义“膨胀”二字呢能膨胀到多少倍的石墨才叫膨胀石墨呢可膨胀石墨与膨胀石墨又没有一个明确的定义和区分；可膨胀石墨与石墨层间化合物是不是一种物质可膨胀石墨是指已经插层了层间化合物还是可以膨胀的石墨的一个统称还有鳞片石墨的尺寸在一个什么范围内，石墨才具有膨胀性，为什么这些都需要给一个明确的定义才行。
天然石墨是层状结构如图1(a)所示，石墨是共价键结合的正六边形片状结构单元，层间依靠离域π键和范德华力连接并可相对滑动。
天然石墨层间的范德华力非常微弱，所以可以用物理或化学的方法将其它异类粒子如原子、分子、离子甚至原子团插入到晶体石墨层间，有些可与层内电子发生局部化学反应[1]，形成层间化合物[（Graphite Intercalation Compound）简称GIC，图1(b)]。
天然石墨可与硝酸、硫酸、高锰酸钾、双氧水、臭氧等强氧化剂混合形成可膨胀石墨，当可膨胀石墨通过马弗炉或微波加热时，石墨碳层沿C轴方向发生大幅膨胀，形成结构疏松、低密度的蠕虫石墨、内部具有大量独特的网状微孔结构，也即膨胀石墨或石墨蠕虫(Worm-1ike Graphite)[（ Expanded Graphite）简称EG，图1(c)][2]。
膨胀石墨的制备工艺与应用
ｍａ ｅ ｉｌ ｙ ｔ ｅ ｉｅ ｙ ｃ ｅ ｃ ｌ ｘ ｄ ｔ ｎ，ｅｅ ｔｏ ｈ ｍ ｉｔ ｙ ｔ ｒ ｓ ｓ ｎ ｈ ｓｚ ｄ ｂ ｈ ｍｉａ ｉ ａ ｉ ａ ｏ ｏ ｌ ｃ ｒ ｃ ｅ ｓ ｒ ，ｍｉ ｒ ｗａ ｅ ｅ ｏ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｅ ｕ ｏ ａ ｉ — ｃ ｏ ｖ ，ｄ ｔ ｎ ｔ ｒ ｇ ｓ ｏ ｓ ｖ ｌ ｔ ｉ ｏ ｌ ｚ ｔｏ ｔ ｏ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｍ ｏ ｔ ．Ｔｈ ｖ ｓ ｉ ａ ｉ ｎ ａ ｔ ａ ｉ ｎ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ ｇ ｏ ｎ ｆｅ ｐ ｎ ｅ ａ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｗｅ ｅ ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｓ ｌ ｙ ｅ ｉ ｅ ｔｇ ｔ ｃ ｕ ｌ ｙ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ｔｏ ｏ ｅ ｒ ｕ ｄ ｏ ｘ ａ ｄ ｄ ｎ ｏ ｔ ｃ ｇ ａ ｈ ｔ ｔ ｒａ ｓ ｗｅ ｅ ｓ ｍｍ ａ ｉｅ ｎ ｎ ｌ ｚ ｄ ｉ ｈ ｉ ａ ｐ ｉｄ ｆ ｌ ｓｏ ｉｐ ｏ ｆ ｌｍ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ— ｒ ｐ ｉｅ ｍａ ｅ ｉ ｌ ｒ ｕ ｒｚ ｄ ａ ｄ ａ ａ ｙ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐ ｌ ｉ ｄ ｆａｒ ｒ ｏ ，ｆ ｅ ｅ ａ ｅ ａ ｄ ｎ ，ｌ ｂ ｉ
第３ ７卷第 ３期
２１ ０ ０年 ９月
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江
水
专
学 报
Ｖ ｏ ． ７， ． １ ３ ＮＯ ３
Ｓｅ ．， ０１ ｐ ２ ０
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氧化法制备可膨胀石墨
氧化法制备可膨胀石墨氧化法制备可膨胀石墨是一种制备石墨材料的方法，其独特性质使得可膨胀石墨广泛应用于建材、汽车、轻工、电子等众多领域。
在本文中，我们将介绍氧化法制备可膨胀石墨的原理、方法和应用。
一、氧化法制备可膨胀石墨的原理可膨胀石墨是一种具有高度可膨胀性的石墨材料，其制备通常使用氧化法。
该方法采用了碳材料的加氧制氧过程，将石墨氧化后形成具有高度层状结构的氧化石墨。
此后，经过一次高温处理即可获得可膨胀石墨。
由于氧化石墨层状结构的特性，热膨胀性得以大幅度增加，从而形成可膨胀性石墨材料。
二、氧化法制备可膨胀石墨的方法1.原材料的制备石墨材料作为氧化石墨材料的前驱体，是制备可膨胀石墨的基础。
原材料中的杂质、石墨片大小和形态都会影响可膨胀性。
因此，在选择原材料时，要选择具有较高纯度和小石墨片的石墨材料。
2.氧化石墨的制备氧化石墨材料是可膨胀石墨材料的前身，因此氧化石墨的制备过程非常重要。
该过程需要将石墨材料加入到硝酸中进行反应，过程中需要加热和搅拌。
反应完成后，产物应该进行充分的洗涤和过滤。
3.高温处理高温处理是可膨胀石墨制备的最后一步。
在该过程中，氧化石墨将被还原为石墨，同时通过气体或化学物质的影响，石墨表面形成了大量的孔隙和微裂缝。
这些孔隙和微裂缝赋予了可膨胀石墨良好的膨胀性。
三、氧化法制备可膨胀石墨的应用可膨胀石墨在众多领域都有广泛应用：1.建材：可膨胀石墨广泛应用于建筑材料、保温材料、屋面防水材料等方面。
其优良的隔热性能和轻盈的质量使得其在这些领域中可以替代一些传统的材料。
2.汽车：可膨胀石墨可以被用于汽车轻量化。
通过将可膨胀石墨纳入到聚合物中，制备出轻量化部件，可以显著降低汽车的重量，提高车辆性能和燃油效率。
3.电子：可膨胀石墨因其具有良好的导电性和热导性被广泛应用于电子领域。
例如，可膨胀石墨被用于作为电子导线、发泡胶等。
四、总结氧化法制备可膨胀石墨是一种制备石墨材料的有效方法。
该方法的原理简单，使得制备的可膨胀石墨具有良好的膨胀性，具有广泛的应用前景。
膨胀石墨制备方法
膨胀石墨制备方法
近年来，膨胀石墨凭借其优异的性能，在航空航天、船舶制造、节能建材等领域被广泛应用。
膨胀石墨产生的原因是石墨中固体碳氢键拆分松弛，结构膨胀，导致炭素含量的减少，从而获得轻质、结构膨胀的外观。
本文将通过介绍膨胀石墨的制备工艺，以及其优越性能，给大家带来一个全新的视角。
膨胀石墨的制备工艺主要包括两个步骤：热处理和脱键溶剂处理，其制备工艺如下：
热处理：首先将石墨粉末通过气流粘合器进行粒度分布，然后将石墨粉末放入真空炉中，控制温度至2800K，在真空状态下进行热处理2h，热处理后，石墨粉末就变成了薄片状。
脱键溶剂处理：将热处理后的石墨薄片放入甲醇溶液中，温度调节至45℃，经过一段时间的搅拌，使碳氢键进行拆分、松弛、膨胀，从而获得膨胀石墨。
膨胀石墨具有优越的性能，其中包括：
1、轻质：膨胀石墨具有较低的密度，质量轻，可以节约成本；
2、高强度：膨胀石墨具有极高的结构强度，可以抵抗高温、高
压等环境；
3、高导热性：膨胀石墨具有良好的导热性能，可以有效的将热
量传导出来。
此外，膨胀石墨还具有耐腐蚀性、韧性及热稳定性等优点，因此，在航空航天、船舶制造、节能建材等领域被大量应用。
总的来说，膨胀石墨具有较高的综合性能，具有重要的科学意义和工程应用前景。
未来，在研究膨胀石墨的制备方法和应用途径等方面，还有很多有值得深入研究的领域。
至此，本文介绍了膨胀石墨制备方法及其优越性能，膨胀石墨作为一种新型轻质材料有着广阔的发展前景，在航空航天、船舶制造、节能建材等领域有着重要的应用前景，为现代工业技术发展做出重要的贡献。
膨胀石墨的特性、合成方法及在阻燃防火上的应用。
1 石墨及膨胀石墨特性石墨是一种天然层状无机材料，资源丰富且价格便宜。
我国作为石墨资源第一大国，产量和出口量均居世界第一位我国。
全国20个省(区)有石墨矿产出。
探明储量的矿区有91处，总保有储量矿物1.73亿吨，居世界第1位。
膨胀石墨是以天然鳞片石墨为原料，经化学或电化处理而得到的一种石墨产品。
石墨具有层状结构，碱金属，卤素金属卤化物，强氧化性含氧酸，都可嵌入层间。
形成层间化合物，在受到200摄氏度以上高温时，由于吸留在层形点阵中化合物的分解，石墨层间化合物急剧分解、气化、膨胀（沿层间膨胀150～250倍）后，膨胀石墨便开始膨胀，并在1100摄氏度时达到最大体积。
最终体积可以达到初始时的280倍。
而制得密度极低（0.003～0.005g/cm3）的蠕虫状石墨，它是一种结构疏松、柔软、富有韧性的物质，故通常称它为柔性石墨。
膨胀石墨材料，是近三十年来发展起来的新型碳素材料，由美国联合碳化物公司在1963年首先申请专利并于1968年进行工业化生产。
由天然鳞片石墨制得的膨胀石墨材料，即保留了石墨的耐高温、耐腐蚀、能承受中子流、β射线、γ射线的长期辐照，磨擦系数低，自润滑性好，导电导热、并呈各向异性等性能，又具备天然石墨没有的：可弯曲、可压缩、有弹性、不渗透等新特点。
疏松多孔，富有弹性。
耐温范围宽在-200～3600℃之间。
在高温，高压或辐射条件下工作，不发生分解，变形或老化，化学性质稳定。
膨胀石墨可被广泛用作：抗辐射的内衬材料，高温下杂质扩散的栅栏材料，高温炉衬热屏蔽材料，高温防热震材料，导弹进入大气层的鼻锥材料，固体烯料火箭发动机喷嘴等等，其高科技附加值极高。
膨胀石墨受热膨胀，这一特性使得膨胀石墨可以在火灾发生时通过体积的瞬间增大将火焰窒息，从而达到阻燃防火之目的，还可用于冶金工业的保温及作消防的灭火剂。
图1 处理后鳞片石墨图2 膨胀后的石墨2 制备膨胀石墨的方法2.1 化学插层法将粒度在100目～160目之间的混合细鳞片石墨（含碳量在85～96%），置于按硫酸（浓度96%）：硝酸（浓度65%）＝5～7.5∶1配制的主酸化液中搅拌均匀，20～30分钟后加入高锰酸钾（用量为石墨量的6～7%），间歇搅拌20～30分钟后，加入三氯化铁（用量为石墨量的5～6%），间歇搅拌2～10小时，抽滤除去酸液，用水冲洗至PH=5～7，60℃真空干燥，即可制得膨胀石墨。
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膨胀石墨的制备工艺与应用董永利;周国江;丁慧贤;袁福龙【摘要】对膨胀石墨的制备工艺、结构、性能及其应用研究进行了综述,并对其发展趋势作了展望.主要介绍了以化学氧化法、电化学法、微波法、爆炸法和气相挥发法制备低温、无硫可膨胀石墨及复合膨胀石墨材料的工艺;总结分析了膨胀石墨材料在密封、阻燃、润滑、环境、催化、军事、医学等领域的研究现状和应用前景.【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》【年(卷),期】2010(037)003【总页数】5页(P59-63)【关键词】膨胀石墨;制备工艺;应用研究;综述【作者】董永利;周国江;丁慧贤;袁福龙【作者单位】黑龙江科技学院,现代分析测试研究中心,哈尔滨,150027;黑龙江科技学院,现代分析测试研究中心,哈尔滨,150027;黑龙江科技学院,现代分析测试研究中心,哈尔滨,150027;黑龙江大学,化学化工与材料学院功能无机材料化学省部共建教育部重点实验室,哈尔滨,150080【正文语种】中文【中图分类】TQ1651 概述石墨是一种重要的非金属矿物,属于六方晶系,具有特殊的层状结构。
早在19世纪60年代初[1], Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热,发现了膨胀石墨(Expanded Graphite,EG),它是一种新型的原子、分子尺度上的碳素材料,呈现出独特的物理、化学性能,然而其应用则在百年之后才开始。
近20年来,众多国家相继展开了膨胀石墨的研究和开发,取得了重大的科研突破。
作为一种重要的无机非金属材料,膨胀石墨材料广泛应用于环境、化工、冶金、动力机械、宇航及原子能工业,显示了强大的生命力和市场应用前景。
1.1 膨胀石墨的基本特性膨胀石墨晶体仍然属于六方晶系,其形状貌似蠕虫,大小在零点几毫米到几毫米之间,故又称为蠕虫石墨,如图1a[2]所示。
膨胀后石墨的表观容积达250～300 mL/g或更大,在内部具有大量独特的网络状微孔结构(见图1b[3])。
膨胀石墨新型碳素材料不仅具备了天然石墨本身的耐热、耐腐蚀、耐辐射、导电、自润滑等优良特性,而且还具备了天然石墨不具备的轻质、柔软、多孔、可压缩、回弹等性能,特别是对膨胀石墨进行功能化修饰合成的新型复合膨胀石墨材料,具有比碳纤维、石棉、橡胶等材料更加优异的性能和广泛的用途。
用膨胀石墨制成的各种板、带、片等型材以及各种电子、机械器件已得到广泛的应用,并表现出成本低、寿命长、效果好等优点。
1.2 膨胀石墨的制备原理石墨晶体具有典型的层状结构,在一个层面内其碳原子间形成共价键,键能为586 kJ/mol。
而在层间,则以微弱的范德华力结合,键能仅为16.7 kJ/mol。
因此,可将其它种类的分子或原子插入其层间,形成石墨层间化合物。
经高温热处理,层间插入的这些原子、分子或离子会因瞬间汽化、体积膨胀而产生推力,汽化的推力克服层与层之间微弱的范德华力沿C轴急速膨化,把石墨的层与层推开,使其层间距迅速增大,从而石墨的体积以数十倍、数百倍甚至上千倍地膨胀起来,形成具有轻质柔软、回弹性优良的物质——膨胀石墨。
图1 膨胀石墨的SEM照片Fig.1 SEM images of expanded graphite2 膨胀石墨的制备工艺目前,制备膨胀石墨的工艺方法均是基于插层-膨化这一基本原理,其中,化学氧化法和电化学法是最主要的方法,并且在工业上都得到了应用。
此外,根据不同的插层剂引入方法以及膨化方式的差异,除化学氧化法、电化学法外,还有微波法、爆炸法和气相挥发等方法。
2.1 化学氧化法化学氧化法是工业上应用最多和最成熟的方法。
由于石墨是一种非极性材料,单独采用极性小的有机或无机酸难以插层,所以化学氧化法制备工艺中需采用氧化剂。
化学氧化法一般是将天然鳞片石墨浸泡在氧化剂和插层剂的溶液中,在强氧化剂的作用下,石墨被氧化而使石墨层的中性网状平面大分子变成带有正电荷的平面大分子,由于带有正电荷的平面大分子层间同性正电荷的排斥作用,石墨层间距离加大,同时由于石墨失去电子形成碳正离子,阴离子插层剂进入石墨层间,与碳正离子结合形成石墨层间化合物,成为可膨胀石墨。
化学氧化法使用的固体氧化剂有等,液体氧化剂有等。
固体氧化剂一般反应剧烈,有危险性,污染环境,且价格较高;液体氧化剂H2SO4等对操作环境要求较高并污染水体,而反应温和且污染小[4]。
对于可膨胀石墨来说,膨胀容积和含硫量是两个重要的产品指标,一般希望膨胀容积高,含硫量低。
因此近年来,低硫可膨胀石墨,特别是无硫可膨胀石墨成为研究开发的重要方向。
采用有机酸及有机溶剂作为辅助插层剂,减少主插层剂硫酸的用量,是降低可膨胀石墨产品及其膨胀石墨产品的含硫量的最有效办法[5]。
采用金属卤化物,特别是以三氯化铁作为辅助插层剂也成为降低膨胀石墨产品含硫量的方法之一。
无硫可膨胀石墨的制备是采用硝酸、磷酸、高氯酸或它们的混合酸兼作氧化剂和插层剂,或同时还使用高锰酸钾、重铬酸钾等固体氧化剂,或同时使用甲酸、冰醋酸、乙酸酐和草酸等有机酸作为辅助插层剂[6]。
此外,由于多波段发烟剂和隐身屏蔽剂等在军事领域的应用,低温可膨胀石墨(体积达到200倍以上)最近已成为可膨胀石墨研究开发的一个新方向。
低温可膨胀石墨主要采用分解温度低的物质插人石墨片层间形成石墨插层物,则可达到低温膨胀的目的。
王玲等[7]采用 HNO3/HBrO3/KMnO4氧化插层体系制备低温无硫可膨胀石墨,起始膨胀温度为130℃,600℃时膨胀容积为350 mL/g。
2.2 电化学法电化学法是基于可膨胀石墨在制备过程中存在电子授受的机理,同化学法相比,用电化学法制造可膨胀石墨,其氧化剂用量大为减少,而且电化学反应插入物在层间分布均匀,产品的可膨胀性能稳定,已成为新工艺探索的主要目标[8]。
将定量鳞片石墨装置成阳极,以硝酸铵等可分解盐溶液或H2SO4水溶液作为插层剂和电解液,用铅板、铂板或钛钉网作为阴极和阳极,用恒定电流进行电解,制得可膨胀石墨[9-10]。
在整个生产过程中没有强酸、强碱、强氧化剂的介入,不仅极大地降低了生产成本、延长设备的使用寿命,而且污染少,制备的产品含硫低或不含硫,其可操作性也明显增强。
此种方法制备膨胀石墨工艺简单,对设备要求却很高,并且影响因素较多,有时环境温度的不稳定可导致产物膨胀体积的下降[11]。
2.3 微波法采用传统高温膨化法制备的膨胀石墨,升至高温需要一定的时间,且膨胀过程中电能的消耗较大。
通过采用微波对石墨进行膨化处理,操作方便过程易控,具有高效和节能的优点[12]。
赖奇等采用微波加热法成功制备了膨胀石墨,考察了微波功率、膨胀时间以及石墨粒度对膨胀体积的影响,并且发现微波加热法制得的可膨胀石墨产品的含硫量比传统加热方法低[13-14];沈俭一等使用微波加热法制备了磁性纳米金属钴-膨胀石墨复合材料(),球形纳米金属钴颗粒均匀分散在膨胀石墨内部独特的网络状微孔结构层面[3]。
2.4 爆炸法爆炸法制备膨胀石墨,通常采用(NO3)2◦2H2O、HClO4等作为膨胀剂与石墨制成混合物或烟火药,加热或引燃后,利用烟火药低速爆炸时产生的热量,同时产生氧化相和插层物,从而使石墨发生“爆炸”式的膨化,制得膨胀石墨。
当以为膨胀剂时产物中只有膨胀石墨,而用金属盐作膨胀剂时产物中还会生成金属氧化物,使膨胀石墨表面得到改性[15]。
2.5 气相扩散法气相扩散法是将石墨和插层物分别置于真空密封管的两端,在插层物端加热,利用两端的温差形成必要的反应压差,使得插层物以小分子的状态进入鳞片石墨层间,从而制得石墨层间化合物。
此种方法生产的产品阶层数可控制,但其生产成本较高[16]。
3 膨胀石墨的应用研究膨胀石墨及功能化的复合膨胀石墨材料应用领域非常广泛,可以用作柔性石墨、阻燃剂、吸油材料、多波段发烟剂、隐身屏蔽材料、催化剂、医用敷料、微生物载体及纳米导电填料等。
近年来,人们在密封、阻燃、环境及军事等各领域对膨胀石墨进行了大量的应用研究,特别是密封材料领域的研究最为深入,这些应用研究对可膨胀石墨及其膨化而成的膨胀石墨应用领域的拓展和推广具有重要意义。
3.1 密封材料领域膨胀石墨具有较大的比表面积和较高的表面活性,不需要任何黏结剂,也不必经烧结,就可压缩成型。
经过模压或轧制而制成的石墨纸、卷材或板材,即称作柔性石墨[17]。
柔性石墨既保留了天然石墨的耐高温、抗腐蚀、密封性等一系列优良性能,又具有天然石墨所没有的柔软性、回弹性和低密度性能等,与传统密封材料(如石棉、橡胶、纤维素及其复合材料)相比,是一种性能更加优异的密封材料,可以用于石油化工、机械、冶金、原子能、电力等行业设施的密封,被誉为“密封之王”[18]。
柔性石墨也存在一些不可忽视的弱点,如柔性石墨的多孔性、强度低、耐磨性差等,用它直接作为某些泵、汽缸、阀门的密封材料是不够理想的。
因此,近年来,国内外的科研人员都在努力研究开发柔性石墨复合材料,以增强其应用性能[17]。
主要开展的柔性石墨复合材料研究有金属-柔性石墨复合材料[19]、高分子-柔性石墨复合材料[20]和无机物-柔性石墨复合材料[21]。
3.2 阻燃材料应用研究聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等塑料在工业生产的各个领域有着广泛的应用,由于它们氧指数低,易燃且放热量大,极易引发大的火灾,因而,对这些材料的阻燃问题的处理就显得尤为重要[22-24]。
目前,阻燃材料呈低烟、少毒、无卤化的发展趋势,膨胀型阻燃剂被认为是实现阻燃剂无卤化的很有希望的途径之一。
可膨胀石墨(EG)在高温下受热迅速膨胀,形成“蠕虫”状稳定的炭层且无毒,因而,其作为典型的物理膨胀阻燃剂已成为阻燃领域研究的热点。
同时,由于其高效的阻燃效果,已经在热固性塑料中得到了很好的应用,研究表明,单独使用EG就可以有效地改善聚氨酯弹性体、聚氨酯泡沫、聚氨酯涂料的阻燃性能。
但单独将EG加入到热塑性塑料中对提高阻燃效果并不理想,所以需要加入红磷、聚磷酸铵、氢氧化镁、金属氧化物等阻燃剂协同使用[24-25]。
此外,将可膨胀石墨的细颗粒加入到普通涂料中,可制得效果较好的阻燃防静电涂料[26]。
将可膨胀石墨加入到APP/PER/MEL防火涂料中,可有效改善膨胀炭层的微观结构,降低炭层的导热系数,使涂料的热稳定性得到大幅度提高[27]。
3.3 膨胀石墨的润滑性能膨胀石墨由于层间距离被拉大,从而提高了其原有的润滑性质。
将吸满润滑油的膨胀石墨与四氟乙烯及聚缩醛混合可制成性能良好的耐摩减磨含油树脂材料。
将膨胀石墨加入润滑脂中,可使其剪切强度、黏度和胶状体稳定性得到改善。
膨胀石墨良好的极性吸附效应和高温掩蔽效应,使其在润滑油减摩抗磨方面产生了明显的增效作用[18]。
李春风等采用超声波对蠕虫石墨进行处理得到蠕虫石墨和纳米石墨薄片混合体的膨胀石墨润滑油添加剂,用氰基丙烯酸乙酯在AN10油中对其进行原位改性,结果表明,膨胀石墨添加剂可有效地提高润滑油的抗磨性能及承载能力,并能降低摩擦因数[28]。