細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板鋪疊成形制造

李　廳,吳海華,杜　超,柳　寧,吳　朝（三峽大學(xué)　機(jī)械與動力學(xué)院,湖北　宜昌　443002）

細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板鋪疊成形制造

李廳,吳海華,杜超,柳寧,吳朝
（三峽大學(xué)機(jī)械與動力學(xué)院,湖北宜昌443002）

本文提出一種細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板材成形制造方法，首先采用擠出流延成型工藝制備出細(xì)鱗片石墨復(fù)合半固化片，然后將半固化片與增強(qiáng)基材逐層鋪疊在一起，最后在真空熱壓條件下固化成型，獲得所需細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板材。主要探究熱風(fēng)干燥及鋪疊熱壓固化對細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板材性能，使得這種細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板材具有較高氣密性和強(qiáng)度，并易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)和控制生產(chǎn)成本。

；細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板；鋪疊成形；熱風(fēng)干燥

0　引言

細(xì)鱗片石墨具有高的導(dǎo)熱率、高的耐熱性、耐腐蝕性等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其成形工藝性不佳、氣密性差，這些極大地限制了其開發(fā)與利用；目前，密封板的制備方法有：干混和濕混模壓法；采取干混模壓法制備鱗片石墨復(fù)合密封板時(shí)，各增強(qiáng)基體材料難以與其他材料“復(fù)合”，因此，雖然工藝簡單，但板材強(qiáng)度低，氣密性差；采取濕混模壓法制備細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板時(shí)同樣會遇到上述問題，此外，該工藝中溶劑揮發(fā)會產(chǎn)生整體厚度上的微孔對氣密性能、生產(chǎn)效率和成本產(chǎn)生較大影響，與干混法相比，實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)更為困難；隨著現(xiàn)代工業(yè)高溫、高壓、腐燭性介質(zhì)等工況日益增多，對細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板強(qiáng)度和氣密性能要求更苛刻，上述兩種工藝方法難以滿足要求。本文研究細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板鋪疊成形工藝，工藝環(huán)節(jié)的細(xì)微差異都會在很大程度上影響鱗片石墨復(fù)合密封材料的最終使用性能以及其能否滿足市場要求。

1　試樣制備

試驗(yàn)用主要原料，細(xì)鱗片石墨，粒度：-200目，純度99.9%；聚乙烯醇縮丁醛，型號DL-2，相對密度1.08～1.10g/cm3；酚醛樹脂，型號為2130，固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)：≥75%，黏度：80-200秒，密度：1.20g/ cm3；無水乙醇：含量（CH 3CH 2OH）≥99.7%，密度：0.789-0.791g/ cm3；酞酸二丁酯，分子式：C4H 22O 4，無色油狀液體，密度：1.046-1.047g/cm3。

制備工藝過程：（1）制備細(xì)鱗片石墨漿料：制備細(xì)鱗片石墨漿料，包括細(xì)鱗片石墨粉末、有機(jī)粘接劑、增塑劑、溶劑、除泡劑、偶聯(lián)劑等，將上述各物質(zhì)按比例混合，制的細(xì)鱗片石墨漿料；（2）擠出流延成型：對細(xì)鱗片石墨漿料進(jìn)行擠出流延成形，同時(shí)干燥制備成厚度0.05～0.5mm的細(xì)鱗片石墨半固化薄片，切片；（3）增強(qiáng)基材預(yù)處理：增強(qiáng)基材進(jìn)行預(yù)處理，基體為網(wǎng)狀材料，同時(shí)在80℃干燥8m in，厚度為0.2mm；（4）鋪疊熱壓固化：將上述制得的細(xì)鱗片石墨半固化薄片和進(jìn)行預(yù)處理增強(qiáng)基材依次疊加在真空高溫壓模機(jī)模具中，真空熱壓固化。

2　熱風(fēng)干燥工藝

本文采用熱風(fēng)干燥方式去除細(xì)鱗片石墨漿料中溶劑，為了防止鼓泡現(xiàn)象產(chǎn)生，擬將熱風(fēng)干燥過程劃分為多個階段，包括預(yù)干燥工藝和終干燥工藝。

2.1預(yù)干燥溫度確定

圖1是不同熱風(fēng)干燥初始溫度（熱風(fēng)干燥時(shí)間為10min）對細(xì)鱗片石墨半固化片的表面質(zhì)量的影響，實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)隨著熱風(fēng)干燥初始溫度不斷增加，熱風(fēng)干燥細(xì)鱗片石墨漿料表面，開始逐漸產(chǎn)生氣泡，并且不斷增大。當(dāng)石墨漿料溫度過高熱風(fēng)干燥時(shí)，造成氣體分子運(yùn)動過快，表層形成膜，有效的阻礙分子的運(yùn)動，使分子不能擴(kuò)散，而產(chǎn)生氣泡；當(dāng)溫度為50℃時(shí)，細(xì)鱗片石墨半固化片的表面質(zhì)量達(dá)較好，可見適當(dāng)降低干燥溫度能夠明顯改善其質(zhì)量效果，但過多降低溫度，導(dǎo)致干燥時(shí)間加長，影響細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板生產(chǎn)效率。

2.2終干燥工藝研究

預(yù)干燥初始溫度50℃，預(yù)干燥初始溫度相對比較低，所需干燥時(shí)間比較長，不利于細(xì)鱗片細(xì)鱗片石墨半固化片實(shí)現(xiàn)大批量快速生產(chǎn)，需要提高溶劑的揮發(fā)速率，縮短細(xì)鱗片細(xì)鱗片石墨半固化片干燥時(shí)間，需要提高干燥溫度從而使溶劑揮發(fā)速率提高，聚乙烯醇縮丁醛屬熱塑性材料，軟化溫度65℃，玻璃化溫度80℃（材料的許多特性都在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近發(fā)生急劇的變化）。

3　疊加熱壓固化

根據(jù)細(xì)鱗片石墨復(fù)合板材的使用性能等其他要求，本文采用鋪疊熱壓成型工藝將多層鱗片石墨半固化薄片與增強(qiáng)基材疊真空熱壓成型，通過對每一材料成分含量及厚度和疊層的層數(shù)、不同增強(qiáng)基材相互疊加方式、細(xì)鱗片石墨復(fù)合板材板厚等，本文設(shè)計(jì)不同疊層的方式:

（1）將模組按順序疊加，基本順序原理，鏡面不銹鋼板，牛皮紙由內(nèi)向外按順序疊加整齊，再將硅橡膠墊疊加在鏡面不銹鋼板，將耐高溫分離膜、半固化薄片以及增強(qiáng)基材依次按順序疊加在模具中。

（2）將疊整齊的模具放在多層板壓合機(jī)上壓模，此多層板壓合機(jī)可分多個階段熱壓，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)從三個階段熱壓，第一階段升溫升壓，低溫低壓預(yù)壓，第二階段保溫保壓，第三階段降溫泄壓，在多層板壓合機(jī)取下脫模。

4　結(jié)論

（1）采用擠出流延制備細(xì)鱗片石墨半固化薄片，干燥時(shí)間比較短，細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板材半固化薄片層層疊加中制備的細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板材不會存在整體厚度上的微孔，提高了細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板材的性能；

（2）采用鋪疊熱壓成型工藝通過多層細(xì)鱗片石墨半固化片與增強(qiáng)基材疊加真空熱壓成型可以對每一材料成分含量及厚度和疊層的層數(shù)、不同增強(qiáng)基材相互疊加，從而提高細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板材的使用性能等其他要求；

（3）采用細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板鋪疊成型可以在實(shí)際工藝生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)大批量、高效率、低成本制造細(xì)鱗片石墨復(fù)合密封板材。

[1]王樂勤.柔性石墨密封墊片的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[M].技術(shù)綜述，2013:41-06.

[2]顧伯勤.墊片密封技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].建筑機(jī)械化，2001(09).