隐晶质石墨特性及工艺

隐晶质石墨特性与工艺

橡胶配方中经常通过大量加入不同功能的填料或补强材料来实现橡胶的使用价值。炭黑是橡胶填料中最重要的补强填料，橡胶用炭黑的消耗量约占橡胶消耗量的40％～50％。炭黑虽然性能优异，但缺陷是添加过程中易飞扬、加工污染性重、能耗大，因此橡胶行业一直在寻求炭黑的替代材料，隐晶质石墨由于具有与炭黑相似的化学组成，在微观结构、硬度、高导电性及无氧侵蚀介质中的稳定性等方面均与炭黑相似，使其部分替代炭黑存在可能性；且隐晶质石墨颗粒非常细小，颗粒直径达到微米级别，而普通的硅酸盐矿物即使通过研磨也难以达到，小粒径使其在橡胶基体中更易于分散，有利于提升橡胶制品的性能，因此使用天然隐晶质石墨作为橡胶填料具有极大的优势，成本低，绿色环保。

常用作橡胶填料的晶质石墨具有典型的层状结构，碳原子组成六方网层，隐晶质石墨由于结晶程度较低，存在结晶缺陷，晶体结构具有球状超分子的特点，且与晶质石墨同样具有耐高温、耐摩、导热、润滑、化学稳定性好等优良性能，可在晶质石墨无法涉足的领域进行应用。因此，隐晶质石墨作为新型橡胶补强填料逐渐被应用研究和使用。提纯后的隐晶质石墨具有许多优异性能，尤其在耐摩、节能、高速、防腐、超小型等新型领域开辟了新的应用，如节能添加剂、镶嵌润滑、高导涂料、印刷电路、导电橡胶等，现将隐晶质石墨的性能特点与研究进展简介如下。

隐晶质石墨的性能特点及分布、成因性能特点天然石墨矿在自然界中分布较为广泛，可根据石墨结晶程度的不同分为晶质石墨( 鳞片) 和隐晶质石墨( 土状) 两类。石墨具有典型的叠层结构，晶体结构介于原子晶体、金属晶体和分子晶体之间，是六方或三方晶系的过渡型晶体的自然元素矿物。碳成层排列，各层面的碳原子以sp2杂化轨道形成互成120。的万方数据.隐晶质石墨矿石为刚灰、灰黑色，块状或土状构造，隐晶质结构。表面呈土状，晶体直径—般<1 m，只有在电子显微镜下才能见到晶形，因此也被称为土状石墨、类石墨、无定形石墨。硬度低( 仅1～2) ，相对密度2．09～2．239／cm3，有滑腻感，熔点3 850。C，沸点4 250℃，吸热量6．9× 10 7J ／kg。隐晶质石墨品位较高，固定碳含量在60％～80％，少数高达90％以上，比晶质石墨含碳量高得多，但可选性差。

自然界纯石墨很少，其中常含有石英、伊利石、高岭石、黄铁矿等矿物。目前我国石墨产业仍以原料生产和初加工为主，隐晶质石墨由于品位高、杂质少，开采出来的矿石可以经简单手选后直接粉碎成产品。加工流程为：原矿一手选一粗碎一筛分一中碎一烘干一磨矿一分级一包装。其中，粗碎采用对辊破碎机，中碎采用锤式破碎机。超细粉碎采用的是万荣细胞磨机。改性机采用蜂巢磨机，干燥、解聚、改性一体。工业生产发展现状现代工业中隐晶质石墨产品的主要发展方向有两个：一是高纯度( 纯度≥99．9％) 蜂巢磨改性机，可以根据物料多样性，设备内部采用不同材质，能保证物料色度和纯度等优点；二是颗粒超细( <1“ m或0．5um万荣细胞磨机在固态含量40%-50%之间能研磨获得甚至100纳米以下，采用的是湿法超细研磨，重力和流化两种技术于一体的新型研磨机。

由于生产工艺的差别，湿法、干法超细隐晶石墨在物理性能上存在较明显的区别。如粉体颗粒形态、细度粒径分布等。

粉体颗粒形态：湿法超细隐晶石墨的粒形好，绝大多数表现为球形或近似球形，质量稳定。因此，加工流动性能好，对机械磨耗小。由于湿法超细隐晶石墨的加工流动性好，即使湿法超细隐晶石墨以较大比例添加时，橡胶仍具有良好的加工性。而干法生产的隐晶石墨多为不定型，很不规则，且颗粒棱角清晰。

>粉体颗粒细度：如果产品需要，湿法超细隐晶石墨90%以上颗粒的粒径可达3微米以上。

而干法生产的隐晶石墨在比较好的情况下只有60%的粒子的粒度即200目左右。

粉体粒径分布：湿法超细隐晶石墨粒径分布窄，粒度均匀，一般集中在2pm以下，粒度分布曲线呈单峰形态；而干法生产的超细隐晶石墨的粒度分布曲线为双峰形，粒度分布较宽，且多分布在 100〜200微米的范围。

粉体的水份：湿法超细隐晶石墨在生产过程中经过了干燥程序，水份一般控制在0.3%以下，但是干法生产的隐晶石墨水份无法控制，一般都在1%以上，因此改性过程中湿法超细隐晶

石墨效果明显优于干法生产的，分散性、流动性好。

湿法超细改性隐晶石墨吸油值很低，因此，在橡胶加工中，用了湿法超细改性隐晶石墨可明显减少载体树脂以及增塑剂、润滑剂等助剂的用量。或者直接加大湿法超细改性隐晶石墨的用量，从而降低产品的成本，湿法改性最佳工艺参数为：温度25℃、矿浆浓度10％、改性时间15mi n、改性剂为钛酸酯偶联剂TC-200s，用量为矿物量的1％。通过搅拌磨对隐晶质石墨进行超细粉碎研究，研究表明：天然隐晶质石墨在天然橡胶中分散均匀，相容性好。在同等条件下，隐晶质石墨／天然橡胶复合材料的物理机械性能与炭黑／天然橡胶复合材料相当，证明用改性隐晶质石墨替代炭黑具有可行性。对隐晶质石墨的导热性、吸波性能的研究也有一定的进展。据了解湿法研磨改性万荣粉体设备科技公司有一套成熟生产线，在航天磁电做实验性研究，生产量很可观。我国石墨产量最高，占世界总产量的89％。预计到2020年，我国石墨需求总量将达到200万t，其中隐晶质石墨需求量约为140万t，占需求总量的70％。现代工业要求的绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。万荣产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，节约资源和能源，使资源利用率最高，能源消耗最低。因此，天然材料的应用是实现绿色橡胶产业链一个最佳的方法。隐晶质石墨作为一种性能优良的绿色天然填料，应加大对其开发力度，鼓励自主创新和产品研发。隐晶质石墨应用基础的研究对橡胶工业和非金属工业都具有深远意义。