膨脹石墨是怎么合成的?
1.密封材料的市場需求及預測
目前,膨脹石墨主要用作汽車密封材料,如氣缸墊、進出口墊片等。國內膨脹石墨密封材料主要用作密封填料。目前已經開發出低碳含量的膨脹石墨,可以大大降低膨脹石墨的生產成本,從而大規模替代石棉,增加需求。另一方面,如果塑料、橡膠和金屬密封材料可以部分替代,國內對可膨脹石墨密封材料的需求每年都會更大。在汽車行業,每輛汽車氣缸墊、進氣口墊、出氣口墊大約需要2-10公斤膨脹石墨,每萬輛汽車需要20-100噸膨脹石墨。中國汽車工業已經進入快速發展時期。按照2012年1900萬輛汽車的產量計算,國內對膨脹石墨密封材料的年需求量為3.8萬-1.9萬噸。
膨脹石墨,也稱為蠕蟲石墨,是一種晶體化合物。它利用物理或化學方法將非碳反應物插入天然尺度的石墨插層納米碳材料中,與碳的六方網絡平面結合,同時保持石墨的層狀結構。它既保持了石墨優良的物理化學性能,如耐高溫、耐腐蝕、中子電流、X射線、γ射線長期照射等,又具有其他優良的物理化學性能,如摩擦系數低、自潤滑性好、導電導熱、各向異性等。而且由于插層材料與石墨層的相互作用,表現出原始石墨和插層材料所不具備的新性能,克服了天然石墨的脆性和抗沖擊性。廣泛應用于機械、石油、化工、冶金、航海、航空航天、交通運輸等工業領域,被稱為“密封”。
2.工業上常用的合成方法
⑴化學氧化
優勢:
化學氧化是工業上廣泛使用的成熟方法。所以優勢明顯,技術成熟,成本低廉。
不足:
插層劑通常是濃硫酸,消耗大量的酸。生產過程中有Sox有害氣體污染,產品殘留,也腐蝕合成設備。
Sigri膨脹石墨的制造工藝
3.主要生產企業及生產能力
我國膨脹石墨產品的生產從起步階段發展到現在的100多家生產商,年產量約3萬噸,市場集中度較低。而且大部分廠家都是以低端密封填料為主,很少用于汽車密封件和核航空燈。但隨著國內技術的發展,高端產品的比重會逐漸增加。
(1)電化學氧化
和化學氧化一樣,是膨脹石墨常用的工業合成方法之一。
優勢:
無需加入強酸等強氧化劑,通過調節電流、電壓等參數即可控制反應。合成設備簡單,合成量大,電解液無污染,可重復使用。
不足:
合成產物的穩定性比其他方法差。后者對設備要求更高,影響產品質量的因素很多。有時,由于環境溫度的升高,產品的膨脹體積會大大減小。另外,水溶液中在大電流下有副反應,所以很難得到一級化合物。
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