一种含碳耐火料用亲水性石墨制备方法
阅读说明：本技术 一种含碳耐火料用亲水性石墨制备方法 (Preparation method of hydrophilic graphite for carbon-containing refractory material ) 是由 赵明 于 2021-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种含碳耐火料用亲水性石墨制备方法,通过将镁砂细粉加入到水中,预搅拌,得到混合料A,将混合料A加入到V型搅拌机中,加入石墨、分散剂和水,得到混合料B,向混合料B中加入粘结剂,用制球机制球或压砖机压成砖,将制成的球或砖体进行烘烤,得到混合料C；工艺简单易控,生产周期短,成本低廉,制备过程环保,镁砂细粉水解后生成Mg(OH)-2溶胶体,通过高效搅拌Mg(OH)-2溶胶体包裹在石墨表面,再经过成型烘烤,使溶胶包裹层脱水实现纳米级氧化镁对石墨表面改性,增强石墨亲水性或与其它无机材料的结合强度,从而达到了提升现有石墨产品与水或油的稀释性、润湿性、分散性、流动性的目的。(The invention discloses a preparation method of hydrophilic graphite for a carbon-containing refractory material, which comprises the steps of adding fine magnesia powder into water, pre-stirring to obtain a mixture A, adding the mixture A into a V-shaped stirrer, adding graphite, a dispersing agent and water to obtain a mixture B, adding a binder into the mixture B, pressing the mixture B into bricks by using a ball making machine or a brick pressing machine, and baking the balls or bricks to obtain a mixture C; simple and easily controlled process, short production period, low cost, environment-friendly preparation process, and generation of Mg (OH) after hydrolysis of magnesite fine powder 2 Sol of Mg (OH) by high-efficiency stirring 2 The sol is wrapped on the surface of graphite, and then the sol wrapping layer is dehydrated to realize the modification of the graphite surface by the nano-scale magnesium oxide and enhance the hydrophilicity of the graphite or the bonding strength with other inorganic materials, thereby achieving the purpose of improving the dilutability, wettability, dispersibility and fluidity of the existing graphite product and water or oil.)
技术领域
本发明涉及石墨领域，具体涉及一种含碳耐火料用亲水性石墨制备方法。
背景技术
石墨具有熔点高、热膨胀系数小、导热性好、热稳定性和化学稳定性好的特点，被广泛应用在耐高温性材料中，但石墨与水、油的润湿性都不佳，造成添加石墨后材料分散不均、结构松散、机械稳定差等，降低了材料的力学性能，目前除了加入树脂、沥青等有机结合剂来增强石墨与主体材料的结合方法外，还有对石墨进行表面改性的方法，采用的改性技术主要有表面活性剂法、造粒法和石墨表面涂层法；
造粒法颗粒小应用范围较窄，稳定性也不理想，表面活性剂法技术尚在选择结合力较强的活性剂阶段，表面涂层法目前也仅限于一些实验室成果，工艺复杂成本高，且材料的韧性差，力学性能不能满足使用需求；
因此，如何改善现有石墨产品与水或油的稀释性、润湿性、分散性、流动性差，无法大规模生产和力学性能不能满足使用需求是本发明需要解决的问题。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供了一种含碳耐火料用亲水性石墨制备方法：
（1）通过将镁砂细粉加入到水中，预搅拌得到混合料A，将混合料A加入到V型搅拌机中，加入石墨、分散剂和水，得到混合料B，向混合料B中加入粘结剂，用制球机制球或压砖机压成砖，将制成的球或砖体进行烘烤，得到混合料C，将混合料C和改性酚醛树脂投入球磨机研磨，得到该含碳耐火料用亲水性石墨，通过制备该含碳耐火料用亲水性石墨解决了现有石墨产品与水或油的稀释性、润湿性、分散性、流动性差，无法大规模生产的问题；
（2）通过将Fe纳米片分散在乙醇中，超声波振荡得到混合料D，将混合料D加入到热固性酚醛树脂中，得到中间体B，将中间体B加入金属Al粉和纳米炭黑，研磨，得到该改性酚醛树脂，通过添加该改性酚醛树脂解决了现有材料的韧性差，力学性能不能满足使用需求的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种含碳耐火料用亲水性石墨制备方法，包括以下步骤制备得到：
S1：将镁砂细粉加入到水中，预搅拌5-10min，得到混合料A；
S2：将混合料A加入到V型搅拌机中，加入石墨、分散剂和水，搅拌2-4h，转速为20-30rpm，得到混合料B；
S3：向混合料B中加入粘结剂，用制球机制球或压砖机压成砖，将制成的球或砖体进行烘烤，烘烤温度为350-420℃，烘烤4-6h，得到混合料C；
S4：将混合料C和改性酚醛树脂投入球磨机研磨，研磨2-6h出料，转速25-30rpm，出料细粉粒径为120目，得到含碳耐火料用亲水性石墨。
作为本发明进一步的方案：步骤S1中所述镁砂细粉中氧化镁含量为95-98.5%，粒度D50<1.5µm，所述水的质量是氧化镁细粉质量的10-15%。
作为本发明进一步的方案：步骤S2中所述石墨的粒径为80目，混合料A与石墨的质量比为15-25：85-75，所述水的重量为混合料A和石墨总重量的5-10%，所述分散剂为三乙醇胺或六偏磷酸钠。
作为本发明进一步的方案：步骤S3中所述粘结剂为废纸浆，所述粘结剂与混合料B的用量比为1g：20g。
作为本发明进一步的方案：步骤S4中所述混合料C与改性酚醛树脂的用量比为10g：1g。
作为本发明进一步的方案：所述改性酚醛树脂的制备过程如下：
S61：将厚度为60-70nm，尺寸为0.1-5μm的Fe纳米片分散在乙醇中，在超声波振荡条件下分散5-20min，得到混合料D；
S62：将混合料D加入到80-90℃的热固性酚醛树脂中，使用电动搅拌仪搅拌10-15h，得到中间体B；
S63：将中间体B加入金属Al粉和纳米炭黑，混合均匀投入球磨机研磨1-2h，得到改性酚醛树脂。
作为本发明进一步的方案：步骤S62中所述混合料D与热固性酚醛树脂的用量比为2g：9g，所述热固性酚醛树脂在205℃下固体质量分数为78.0%-80.0%，800℃下残炭率为46.0%-50.0%。
作为本发明进一步的方案：步骤S63中所述中间体B、金属Al粉与纳米炭黑的用量比为10g：1g：5g。
本发明的有益效果：
本发明是通过将镁砂细粉加入到水中，预搅拌得到混合料A，将混合料A加入到V型搅拌机中，加入石墨、分散剂和水，得到混合料B，向混合料B中加入粘结剂，用制球机制球或压砖机压成砖，将制成的球或砖体进行烘烤，得到混合料C，将混合料C和改性酚醛树脂投入球磨机研磨，得到该含碳耐火料用亲水性石墨，通过此种制备方法得到的含碳耐火料用亲水性石墨，工艺简单易控，生产周期短，成本低廉，制备过程环保，镁砂细粉水解后生成Mg(OH)2溶胶体，通过高效搅拌Mg(OH)2溶胶体包裹在石墨表面，再经过成型烘烤，使溶胶包裹层脱水实现纳米级氧化镁对石墨表面改性，增强石墨亲水性或与其它无机材料的结合强度，生产过程未引入影响耐火材料性能的其他原料及杂质，可以根据用户需求调整产品生产成本和镁含量，实现了工业生产低成本亲水性石墨，从而达到了提升现有石墨产品与水或油的稀释性、润湿性、分散性、流动性的目的；
通过将Fe纳米片分散在乙醇中，超声波振荡得到混合料D，将混合料D加入到热固性酚醛树脂中，得到中间体B，将中间体B加入金属Al粉和纳米炭黑，研磨，得到该改性酚醛树脂，通过过渡金属催化剂的引入可降低材料中某些组分之间的反应温度，促进各组分之间的反应，添加的金属Al在高温下可通过与气氛发生氧化，炭化或氮化反应生成新的陶瓷相，酚醛树脂在热处理过程中发生热解，在基质的气孔中产生一定量的碳氢气体，添加到酚醛树脂中的Fe纳米片在酚醛树脂固化的过程中逐渐从酚醛树脂中析出，并分布在气孔中，在高温环境中Fe催化剂对酚醛树脂热解产生的碳氢气体有捕捉的作用，将碳氢气体转化为碳纳米管，添加的催化剂和由碳氢气体转化的次生碳共同对基质中的气孔进行填充，断裂韧性增强，从而使材料的热震稳定性得到改善，当材料内的微裂纹端部与碳纳米管相遇时，碳纳米管通过发生弹性形变吸收裂纹尖端的应力，或者对裂纹尖端的应力产生偏转，将裂纹尖端的应力分解为两个方向沿着或绕过碳纳米管继续扩展，削弱了裂纹尖端的应力，抑制了裂纹的继续扩展，从而减弱了应力对材料的破坏，从而达到了提升力学性能的目的。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例为一种含碳耐火料用亲水性石墨，包括如下步骤：
S1：将镁砂细粉加入到水中，预搅拌5min，得到混合料A；
S2：将混合料A加入到V型搅拌机中，加入石墨、分散剂和水，搅拌2h，转速为20rpm，得到混合料B；
S3：向混合料B中加入粘结剂，用制球机制球或压砖机压成砖，将制成的球或砖体进行烘烤，烘烤温度为350℃，烘烤4h，得到混合料C；
S4：将混合料C和改性酚醛树脂投入球磨机研磨，研磨2h出料，转速25rpm，出料细粉粒径为120目，得到含碳耐火料用亲水性石墨；
其中改性酚醛树脂的制备过程如下：
S61：将厚度为60nm，尺寸为0.1μm的Fe纳米片分散在乙醇中，在超声波振荡条件下分散5min，得到混合料D；
S62：将混合料D加入到80℃的热固性酚醛树脂中，使用电动搅拌仪搅拌10h，得到中间体B；
S63：将中间体B加入金属Al粉和纳米炭黑，混合均匀投入球磨机研磨1h，得到改性酚醛树脂。
实施例2：
本实施例为一种含碳耐火料用亲水性石墨，包括如下步骤：
S1：将镁砂细粉加入到水中，预搅拌5min，得到混合料A；
S2：将混合料A加入到V型搅拌机中，加入石墨、分散剂和水，搅拌2h，转速为20rpm，得到混合料B；
S3：向混合料B中加入粘结剂，用制球机制球或压砖机压成砖，将制成的球或砖体进行烘烤，烘烤温度为350℃，烘烤4h，得到混合料C；
S4：将混合料C和改性酚醛树脂投入球磨机研磨，研磨2h出料，转速25rpm，出料细粉粒径为120目，得到含碳耐火料用亲水性石墨；
其中改性酚醛树脂的制备过程如下：
S61：将厚度为70nm，尺寸为5μm的Fe纳米片分散在乙醇中，在超声波振荡条件下分散20min，得到混合料D；
S62：将混合料D加入到90℃的热固性酚醛树脂中，使用电动搅拌仪搅拌15h，得到中间体B；
S63：将中间体B加入金属Al粉和纳米炭黑，混合均匀投入球磨机研磨2h，得到改性酚醛树脂。
实施例3：
本实施例为一种含碳耐火料用亲水性石墨，包括如下步骤：
S1：将镁砂细粉加入到水中，预搅拌10min，得到混合料A；
S2：将混合料A加入到V型搅拌机中，加入石墨、分散剂和水，搅拌4h，转速为30rpm，得到混合料B；
S3：向混合料B中加入粘结剂，用制球机制球或压砖机压成砖，将制成的球或砖体进行烘烤，烘烤温度为420℃，烘烤6h，得到混合料C；
S4：将混合料C和改性酚醛树脂投入球磨机研磨，研磨6h出料，转速30rpm，出料细粉粒径为120目，得到含碳耐火料用亲水性石墨；
其中改性酚醛树脂的制备过程如下：
S61：将厚度为60nm，尺寸为0.1μm的Fe纳米片分散在乙醇中，在超声波振荡条件下分散5min，得到混合料D；
S62：将混合料D加入到80℃的热固性酚醛树脂中，使用电动搅拌仪搅拌10h，得到中间体B；
S63：将中间体B加入金属Al粉和纳米炭黑，混合均匀投入球磨机研磨1h，得到改性酚醛树脂。
实施例4：
本实施例为一种含碳耐火料用亲水性石墨，包括如下步骤：
S1：将镁砂细粉加入到水中，预搅拌10min，得到混合料A；
S2：将混合料A加入到V型搅拌机中，加入石墨、分散剂和水，搅拌4h，转速为30rpm，得到混合料B；
S3：向混合料B中加入粘结剂，用制球机制球或压砖机压成砖，将制成的球或砖体进行烘烤，烘烤温度为420℃，烘烤6h，得到混合料C；
S4：将混合料C和改性酚醛树脂投入球磨机研磨，研磨6h出料，转速30rpm，出料细粉粒径为120目，得到含碳耐火料用亲水性石墨；
其中改性酚醛树脂的制备过程如下：
S61：将厚度为70nm，尺寸为5μm的Fe纳米片分散在乙醇中，在超声波振荡条件下分散20min，得到混合料D；
S62：将混合料D加入到90℃的热固性酚醛树脂中，使用电动搅拌仪搅拌15h，得到中间体B；
S63：将中间体B加入金属Al粉和纳米炭黑，混合均匀投入球磨机研磨2h，得到改性酚醛树脂。
对比例1：
本对比例与实施例1相比未添加改性酚醛树脂，其余步骤相同；
对比例2：
本对比例使用中国专利CN201610808547.3所公开的耐火浇注料用亲水性石墨；
将实施例1-4以及对比例1-2的亲水性石墨根据国家标准GB/TS072.1-1998测定常温耐压强度，根据国家标准GB/T3001-2000规定的三点弯曲法测定常温抗折强度，根据国家标准GB/T3002-2004规定的三点弯曲法测定高温抗折强度；
检测结果如下表所示：
由上表可知，实验例的常温耐压强度达到了76-82MPa，而未添加改性酚醛树脂的对比例1的常温耐压强度为72MPa，使用中国专利CN201610808547.3所公开的耐火浇注料用亲水性石墨的对比例2的常温耐压强度为60MPa，实验例的常温抗折强度为10-14MPa，而未添加改性酚醛树脂的对比例1的常温抗折强度为8MPa，使用中国专利CN201610808547.3所公开的耐火浇注料用亲水性石墨的对比例2的常温抗折强度为7MPa，实验例的高温抗折强度为11-14MPa，而未添加改性酚醛树脂的对比例1的高温抗折强度为7MPa，使用中国专利CN201610808547.3所公开的耐火浇注料用亲水性石墨的对比例2的高温抗折强度为6MPa，实验例的各项数据明显优于对比例，说明使用含碳耐火料用亲水性石墨和添加改性酚醛树脂可以有效提升材料的力学性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
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