一种导电率可调柔性石墨纸的制备方法与流程

1.本技术涉及电力系统接地领域，尤其涉及一种导电率可调柔性石墨纸的制备方法。


背景技术：

2.鳞片石墨通过高温膨化后经压延工艺可以制备连续的导电导热柔性石墨纸，该产品由于导电大热率高、耐热性好，被广泛应用于高压输电领域和高温导热领域。
3.将酸化插层的石墨在高温下膨胀并获得柔性石墨，再通过压延成型可以制备连续的柔性导电、导热石墨纸。这种传统方法制备的柔性石墨纸的抗拉强度和抗压强度不足，不能用于缠绕工艺；导电率和导热率变化率低，无法满足性能渐变梯度材料领域的应用。
4.申请内容
5.本技术提供了一种导电率可调柔性石墨纸的制备方法，能够形成高抗拉强度、性能可调的石墨纸。
6.本技术采用了下列技术方案：
7.本技术提供了一种导电率可调柔性石墨纸的制备方法，包括以下步骤：将鳞片石墨膨化成柔性石墨。将柔性石墨与短切纤维增强材料混合均匀成预压料。在传送带上撒布柔性石墨，压延定型成底层料，然后在底层料上撒布预压料，压延定型成夹层料，接着在夹层料上撒布柔性石墨，压延定型成顶层料，并压延到一定厚度，形成导电率可调柔性石墨纸。
8.进一步地，膨化的温度为800～1500℃，优选1500℃。
9.进一步地，短切纤维增强材料包括短切碳纤维、短切玻璃纤维、短切石英纤维、短切玄武岩纤维中的一种或几种的混合物，优选短切玻璃纤维、短切石英纤维、短切玄武岩纤维中的一种和短切碳纤维的混合物。
10.进一步地，短切纤维增强材料的长度为5
‑
20mm。
11.进一步地，鳞片石墨的目数为50～325目。
12.进一步地，鳞片石墨由至少一个目数的鳞片石墨颗粒组成。
13.进一步地，柔性石墨与短切纤维增强材料的质量比为1:0.1～1:3，优选1:1。
14.进一步地，用于压制底层料的柔性石墨的压延温度为100～300℃。
15.进一步地，预压料的压延温度为100～300℃，优选200℃。
16.进一步地，用于压制顶层料的柔性石墨的压延温度为100～300℃。
17.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
18.本技术通过在石墨纸中复合短切纤维增强材料作为力学增强体，提高了石墨纸的拉伸强度和抗压强度。通过控制短切纤维增强材料和柔性石墨的比例，实现了石墨纸导电率、导热率和力学性能等性能的梯度可调。
附图说明
19.图1为本技术实施例中导电率可调柔性石墨纸的制备流程图。
20.具部实施方式
21.下面将对本技术实施例中的技术方法进行清晰、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.本技术提供了一种导电率可调柔性石墨纸的制备方法，包括以下步骤：
23.步骤一、将鳞片石墨膨化成柔性石墨。
24.步骤二、将柔性石墨与短切纤维增强材料混合均匀成预压料。
25.步骤三、在传送带上撒布柔性石墨，压延定型成底层料，然后在底层料上撒布预压料，压延定型成夹层料，接着在夹层料上撒布柔性石墨，压延定型成顶层料，并压延到一定厚度，形成导电率可调柔性石墨纸。
26.进一步地，膨化的温度为800～1500℃，优选1500℃。
27.进一步地，短切纤维增强材料包括短切碳纤维、短切玻璃纤维、短切石英纤维、短切玄武岩纤维中的一种或几种的混合物，优选短切玻璃纤维、短切石英纤维、短切玄武岩纤维中的一种和短切碳纤维的混合物。
28.进一步地，短切纤维增强材料的长度为5
‑
20mm。
29.进一步地，鳞片石墨的目数为50～325目。
30.进一步地，鳞片石墨由至少一个目数的鳞片石墨颗粒组成。也就是说，鳞片石墨可以由同一个目数的鳞片石墨颗粒组成，也可以由两个不同目数的鳞片石墨颗粒组成，当然也可以为其他组成方式，此不赘述。
31.进一步地，柔性石墨与短切纤维增强材料的质量比为1:0.1～1:3，优选1:1。
32.进一步地，用于压制底层料的柔性石墨的压延温度为100～300℃。
33.进一步地，预压料的压延温度为100～300℃，优选200℃。
34.进一步地，用于压制顶层料的柔性石墨的压延温度为100～300℃。
35.进一步地，用于压制底层料的柔性石墨、预压料和用于压制顶层料的柔性石墨的压延温度可以相同，如用于压制底层料的柔性石墨、预压料和用于压制顶层料的柔性石墨的压延温度可以均为200℃。用于压制底层料的柔性石墨、预压料和用于压制顶层料的柔性石墨的压延温度也可以不同，如用于压制底层料的柔性石墨的压延温度可以为300℃、预压料的压延温度为200℃、用于压制顶层料的柔性石墨的压延温度可以为100℃。
36.进一步地，预压料经过至少4对压力辊的辊压。
37.本技术中，压延方式均为辊压。
38.需要注意的是，对于用于压制底层料和顶层料的柔性石墨，其组成与用于压制夹层料的预压料中的柔性石墨的组成一致，此时，对于底层料和顶层料，其与夹层料的区别在于，不添加短切纤维增强材料。
39.本技术中，导电率可调柔性石墨纸的制备用装置包括第一柔性石墨撒布机1、预压料撒布机2和第二柔性石墨撒布机3，第一柔性石墨撒布机1用于在传送带上撒布柔性石墨，预压料撒布机2用于在底层料上撒布预压料，第二柔性石墨撒布机3用于在夹层料上撒布柔
性石墨。
40.下面结合实施例进一步说明本技术的技术方案和有益效果：
41.实施例1
42.1)将325目鳞片石墨在1500℃下膨化成柔性石墨。
43.2)按照每份100g，将60份柔性石墨与10份长度为5mm的短切碳纤维混合均匀成预压料。
44.3)在传送带上撒布20份柔性石墨，在300℃下压延定型成底层料，然后在底层料上撒布预压料，在300℃下压延定型成夹层料，接着在夹层料上撒布20份柔性石墨，在300℃下压延定型成顶层料，并压延到一定厚度，形成导电率可调柔性石墨纸。
45.导电率可调柔性石墨纸的抗拉强度为30mpa，导电率为8.6
×
106ωm。
46.实施例2
47.1)将100目和325目鳞片石墨在1200℃下膨化成柔性石墨。
48.2)按照每份100g，将40份100目鳞片石墨膨化成的柔性石墨、20份325目鳞片石墨膨化成的柔性石墨与90份长度为10mm的短切碳纤维、10份长度为15mm的短切玻璃纤维混合均匀成预压料。
49.3)在传送带上撒布20份柔性石墨，在300℃下压延定型成底层料，然后在底层料上撒布预压料，在200℃下压延定型成夹层料，接着在夹层料上撒布20份柔性石墨，在100℃下压延定型成顶层料，并压延到一定厚度，形成导电率可调柔性石墨纸。
50.导电率可调柔性石墨纸的抗拉强度为42mpa，导电率为6.3
×
107ωm。
51.实施例3
52.1)将100目鳞片石墨在800℃下膨化成柔性石墨。
53.2)按照每份100g，将60份柔性石墨与100份长度为20mm的短切碳纤维、80份长度为5mm的短切玄武岩纤维混合均匀成预压料。
54.3)在传送带上撒布20份柔性石墨，在200℃下压延定型成底层料，然后在底层料上撒布预压料，在100℃下压延定型成夹层料，接着在夹层料上撒布20份柔性石墨，在200℃下压延定型成顶层料，并压延到一定厚度，形成导电率可调柔性石墨纸。
55.导电率可调柔性石墨纸的抗拉强度为37mpa，导电率为9.1
×
108ωm。
56.实施例4
57.1)将50目鳞片石墨在1000℃下膨化成柔性石墨。
58.2)按照每份100g，将60份柔性石墨与6份长度为20mm的短切石英纤维混合均匀成预压料。
59.3)在传送带上撒布20份柔性石墨，在100℃下压延定型成底层料，然后在底层料上撒布预压料，在200℃下压延定型成夹层料，接着在夹层料上撒布20份柔性石墨，在300℃下压延定型成顶层料，并压延到一定厚度，形成导电率可调柔性石墨纸。
60.导电率可调柔性石墨纸的抗拉强度为33mpa，导电率为4.6
×
108ωm。
61.实施例5
62.1)将50目和200目鳞片石墨在1500℃下膨化成柔性石墨。
63.2)按照每份100g，将40份50目鳞片石墨膨化成的柔性石墨、20份200目鳞片石墨膨化成的柔性石墨与30份长度为5mm的短切碳纤维、30份长度为10mm的短切玻璃纤维混合均
匀成预压料。
64.3)在传送带上撒布20份柔性石墨，在300℃下压延定型成底层料，然后在底层料上撒布预压料，在300℃下压延定型成夹层料，接着在夹层料上撒布20份柔性石墨，在100℃下压延定型成顶层料，并压延到一定厚度，形成导电率可调柔性石墨纸。
65.导电率可调柔性石墨纸的抗拉强度为39mpa，导电率为5.8
×
107ωm。
66.试验例
67.1、在其他条件与实施例1相同的情况下，考察膨化的温度对导电率可调柔性石墨纸的性能的影响，结果如下表所示：
68.膨化的温度抗拉强度导电率700246.2
×
105800278.3
×
1061200288.4
×
1061500308.6
×
1061600257.4
×
10569.由上表可知，膨化的温度为800～1500℃时，导电率可调柔性石墨纸的性能更佳。
70.2、在其他条件与实施例1相同的情况下，考察短切纤维增强材料的长度对导电率可调柔性石墨纸的性能的影响，结果如下表所示：
[0071][0072]
由上表可知，短切纤维增强材料的长度为5
‑
20mm时，导电率可调柔性石墨纸的性能更佳。
[0073]
3、在其他条件与实施例1相同的情况下，考察鳞片石墨的目数对导电率可调柔性石墨纸的性能的影响，结果如下表所示：
[0074]
鳞片石墨的目数抗拉强度导电率10237.8
×
10550308.5
×
106200328.9
×
106325308.6
×
106400237.7
×
105[0075]
由上表可知，鳞片石墨的目数为50～325目时，导电率可调柔性石墨纸的性能更佳。
[0076]
4、在其他条件与实施例1相同的情况下，考察柔性石墨与短切纤维增强材料的质量比对导电率可调柔性石墨纸的性能的影响，结果如下表所示：
[0077][0078][0079]
由上表可知，柔性石墨与短切纤维增强材料的质量比为1:0.1～1:3时，导电率可调柔性石墨纸的性能更佳。
[0080]
5、在其他条件与实施例1相同的情况下，考察预压料的压延温度对导电率可调柔性石墨纸的性能的影响，结果如下表所示：
[0081]
预压料的压延温度抗拉强度导电率50235.7
×
105100298.4
×
106200339.0
×
106300308.6
×
106350247.3
×
105[0082]
由上表可知，预压料的压延温度为100～300℃时，导电率可调柔性石墨纸的性能更佳。
[0083]
6、在其他条件与实施例1相同的情况下，考察用于压制底层料的柔性石墨的压延温度对导电率可调柔性石墨纸的性能的影响，结果如下表所示：
[0084][0085][0086]
由上表可知，用于压制底层料的柔性石墨的压延温度为100～300℃时，导电率可调柔性石墨纸的性能更佳。
[0087]
7、在其他条件与实施例1相同的情况下，考察用于压制顶层料的柔性石墨的压延温度对导电率可调柔性石墨纸的性能的影响，结果如下表所示：
[0088][0089]
由上表可知，用于压制顶层料的柔性石墨的压延温度为100～300℃时，导电率可调柔性石墨纸的性能更佳。
[0090]
以上显示和描述了本技术的基本原理、主要特征和本技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本技术的原理，在不脱离本技术精神和范围的前提下，本技术还会有各种变化和改进，本技术要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
[0091]
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非对本技术保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本技术作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术技术方案的实质和范围。