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(dòng)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(dòng)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(duì)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(kāi)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(jiǎn)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(huì)遇到上述問(wèn)題，此外，該工藝中溶劑揮發(fā)會(huì)產(chǎn)生整體厚度上的微孔對(duì)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(duì)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(mǎn)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(huì)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(mǎn)足市場(chǎng)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(hào)DL-2，相對(duì)密度1.08～1.10g/cm3；酚醛樹(shù)脂，型號(hào)為2130，固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)：≥75%，黏度：80-200秒，密度：1.20g/ cm3；無(wú)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(wú)色油狀液體，密度：1.046-1.047g/cm3。

制備工藝過(guò)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(duì)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(guò)程劃分為多個(gè)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(duì)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(kāi)始逐漸產(chǎn)生氣泡，并且不斷增大。當(dāng)石墨漿料溫度過(guò)高熱風(fēng)干燥時(shí)，造成氣體分子運(yùn)動(dòng)過(guò)快，表層形成膜，有效的阻礙分子的運(yùn)動(dòng)，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(jiàn)適當(dāng)降低干燥溫度能夠明顯改善其質(zhì)量效果，但過(guò)多降低溫度，導(dǎo)致干燥時(shí)間加長(zhǎng)，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(duì)比較低，所需干燥時(shí)間比較長(zhǎng)，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(guò)對(duì)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(gè)階段熱壓，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)從三個(gè)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(huì)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(guò)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(duì)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(lè)勤.柔性石墨密封墊片的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[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).