石墨性质构成诠释.doc

济源锦生炭素有限公司网址：2012-8-21在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。目录第一章 总论2第二章 概述2 21石墨的定义2 22石墨的分类2第三章 玻璃钢的基本性质3 31物理性质3 32化学性质5 33玻璃钢的优点7 34玻璃钢的缺点8 35玻璃钢的用途8 36玻璃钢的市场应用9第四章 玻璃钢的制造工艺10 41手糊成型工艺10 42压膜成型法11 43缠绕成型法12 44拉挤成型法13第五章 国内外玻璃钢工业发展概况及发展趋势14 51国外玻璃钢发展概况14 52我国玻璃钢/复合材料行业基本概况15结语17一、基本概况由于石墨的特殊原子结构，使其具有以下主要特性：石墨是元素碳(C)结晶的矿物之。根据石墨结晶程度的不同，分为品质石墨与隐品质石墨两大类。晶质石墨又分为块状石墨、品质鳞片状石墨。隐品质石墨呈上状产出，故又称土状石墨。由于石墨具有许多优良性能，因而广泛应用于冶金、机械、石油、化工、轻工、国防等工业部门。石墨呈铁黑色、钢灰色，有金属光泽，不透明。石墨的硬度只有异向性，垂直解理面方向莫氏硬度为35，平行解理面方向为12。密度209223gcm。石墨属六方晶系，具有典型的层状构造。层内碳原子以共价键结合，层间则靠分子键联系，故石墨具有(0001)的极完全解理。2石墨是热和电的良导体。其传热性和导电性能与大多数金属差不多，但又具备其独自的特点。一般的金属当温度升高时，导热系数也随之升高，而石墨的导热系数却相反，温度升高时，其导热系数却下降。17只在极高的温度下，石墨趋于绝缘状态。因此在超高温条件下，石墨的隔热性能是非常可靠的。膨胀石墨材料具有抗热震、耐腐蚀、密封不透性等特点。但一般抗拉强度低、韧性差，易粉碎、抗氧化性差。为了改进这些不足之处，主要的途径是和其他材料复合，制成膨胀石墨复合材料。(2)生产工艺流程可膨胀石墨的酸浸氧化U；(一)鳞片石墨国家标准二、石墨产品标准(2)主要用于钢铁工业不同膨胀指数的可膨胀行墨，足炼钢厂配制各种不同型号发热剂(钢锭浇铸保温缩门剂)不可缺少的主要原料之一。材降低钢坯缩孔切头率，提高钢锭的成材率有较显著的经济效果。艺流程见图413。W78Z：无定形石墨粒，固定碳78，粒度范围0660mmo1产品分类根据生产方法和固定碳含量将鳞片石墨分为四种：高纯石墨、高碳石墨、中碳石墨、低碳石墨。石墨层间化合物的主要特性为：室温下具有良好的导电性及低温超导性；对某些气体有选择吸附性能；高效催化性能；高温、高速、高载荷密封性能；高润滑摩擦性能。由于石墨层间化合物具有上述特性，因而应用范围不断扩大，是一种理想的新型材料。W852a：无定形石墨粉，固定碳85，粒度0074mm，筛上物不大于5；(1)电解反应原理在电解法中石墨是阳极上的一部分或是电解液中的悬浮物。在电场的作用下，(HS04)离子向石墨周围集中，在石墨层的内外形成浓差，在浓差压力和电场力的作用下，浸入到石墨层间，形成层间化合物即氧化石墨。石墨的结构与四面体成键石墨具有层状的结构，各层的间隔为335pm，层与层之间的结合力比较弱。石墨的柔软性和润滑性质，都可用各层之问容易滑动来解释。3膨胀石墨制品的成型通用膨胀石墨成型，将其制成板、管、槽、柱等制品。目前国内外成型方法有三种。我国石墨中的鳞片石墨和微晶石墨均有产品的国家标准，因块状石墨未形成大规模生产，因此我国及其它一些石墨的主要生产国均未制定块状石墨的产品标准。鳞片石墨的质量指标我国鳞片石墨的产品标准为GBT3518。一、百分比取样法1995年10月1日，新版的石墨标准(包括鳞片石墨、微晶石墨、细度测定方法和化学分析方法四个标准)开始实施。在此之前，生产和出口贸易检验中均采用百分比取样法。该方法的特点是简单，便于记忆，不需进行复杂的数学计算，操作性较强。因此，到目前为止，还有一些生产厂仍在使用这种方法。该方法的缺点是缺乏理论统计的基础，无论产品的品质波动如何，取样比例千篇一律。这就容易造成多取或少取的结果，多取费时费力，少取代表性不够。根据小包装鳞片石墨品质波动试验的数理统计结果显示：a)30t的批量偏小，造成生产和贸易检验工作中取样的车元偏多，检验工作量随之加大；b)按10比例取样，对于品质波动小的产品，份样数明显偏大，尤其对于大批量的货物而言；对于品质波动大的产品，小批量的货物(如10t以下)，样品量不足。(1)是膨胀引墨的原料，可以制成膨胀“果复合材料； 石墨具有良好的润滑性，在润滑介质中，其摩擦系数小于01。石墨的润滑性能与鳞片大小有关，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。产品牌号由石墨特性、固定碳含量及粒度三部分组成。(3)对于小批量产品，取样比例明显偏大。另外，该方法不适用于出口检验。在出口检验的实际工作中，产品都是按垛存放的。虽说“垛”也是按一定顺序排列，但是由于垛心和垛底不便于抽样，因此就可能出现可供取样的袋数小于要求抽取的份样数。；对于小批量产品(如数量小于200袋)，则根本不能满足取样方法所需求的份样数。这一方法可用于生产企业中过程控制和人成品库前检验的取样方法。但对于小批量产品，检验水平明显太严格。应制定以品质波动为基础的取样方法。二、 国内外生产情况3.1.可膨胀石墨的用途石墨质软，黑灰色，有油腻感，可污染纸张。莫氏硬度为12，密度2223，在隔绝氧气的条件下，其熔点在3850C，吸热量6，9036X10Jkg，经高温电弧灼烧重量损失极小，是最耐高温的矿物之一。3石墨具有良好的可塑性和润滑性，而且这一特性早巳在工业上获得了应用。石墨的鳞片越大，摩擦系数越小，因此鳞片石墨润滑性最好，致密结晶状石墨次之，微晶石墨润滑性相对较差。（5）化学工业：由于石墨具有良好的抗酸、碱、盐、有机溶剂腐蚀等化学稳定性，经特殊加工后，耐腐蚀性强、导热性好、渗透率低，是一种防腐蚀的超级材料。广泛用于制造各种类型的热交换器、反应槽、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵及其它耐腐蚀的管材、管件、阀门、衬砌块等。1酸浸氧化法酸浸氧化法是用强氧化剂硫酸、硝酸、高氯酸、氯酸钾或高锰酸钾等混合液，在常温、常压下将石墨浸泡052h左右，反应生成可膨胀石墨，然后进行脱酸、水洗及烘干。自然界中纯净的石墨是不存在的，其中往往含有Si02、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等杂质。这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。此外，还有水、沥青和CO2、H2、N2等气体部分。因此，利用间接法测定石墨的固定碳含量时，要测定其挥发分和灰分。由于膨胀石墨具有优于其它金属和非金属材料的耐高温、耐高压、耐多种介质腐蚀等优良特性，用它制成的石墨制品，被广泛用于钢铁、冶金、石油、化工、机械、宇航、原子能等工业部门，是一种理想的高级密封材料。2产品牌号牌号的组成是按分类代粤、粒度、固定碳依次排列。(3)主要设备主要设备有贮酸罐、酸反应罐、沉淀离心机(脱酸)、V型连续洗涤槽。自动离心脱水机、螺旋干燥机等。四、 规模生产（制备、成型及工艺）2.3可膨胀石墨(1)酸浸氧化原理晶质鳞片石墨在加有浓硫酸或其他氧化剂的混合液中处理时，将发生一种温和缓慢的电化学氧化作用。石墨层间因插入了阴离子(HS04)而膨胀，使石墨层间距由原来的335X10?mm增至6X10，一11X10?riUTi，形成了具有特异膨胀性能的可膨胀石墨。高纯石墨规定了固定碳、水分、细度三个质量指标，而高碳、中碳、低碳石墨则规定了固定碳、挥发分、水分和细度四个质量指标，详见表83在石墨晶体中，每个C原子都是以正四面体成键方式与相邻的C原子形成共价键，每个C除了与两个相邻的C形成两个共价单键外，它的另外两个单电子还与相邻的另一个C的两个单电子形成弯曲共价双键，如图59所示。膨胀石墨仍然保持天然石墨的性质，并且具有良好的成型可塑性、理想的柔韧延展性和密封性。4.2膨胀石墨及其制品的生产工艺(一)国内天然鳞片石墨参考价格国内天然鳞片石墨参考价格见表4117。2鳞片石墨鳞片石墨的晶体呈鳞片状，属六方晶系，呈层状结构。其矿石的特点是晶位不高，一般在2一3，晶位高的在lo一25之间，是自然界可浮性最好的矿石之一，经过多磨多选可以得到高品位的石墨精矿。这类石墨具有良好的耐高温、耐低温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸、耐碱等性能。其可塑性、润滑性均比其它类型石墨优越，因此它的工业价值最大。5化学稳定性(2)耐热性能好，使用温度广，高温低温均可使用，在氧化气氛中，使用温度为一200600；在惰性气氛中使用温度为一2002500o在日常的石墨生产和进出口贸易中，不同时期的标准曾经采用的主要取样方法包括：百分比取样法和系统取样法。这些不同的方法存在着各自的优缺点，虽然有的方法在科学性和可用性上还存在着一些不足，但在不同的工作场合仍然满足了取样的需要。检测方法有以下三种：1.3 石墨的生产和贸易3微晶石墨微晶石墨又称无定形石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1Pm，是微小的石墨晶体构成的致密状集合体。其矿石晶位较高，一般在60一80，少数可达90以上，但矿石的可选性差。此类石墨的特点是表面呈土状，颜色呈灰黑或钢灰，有金属光泽，具滑感，易染手，化学性能稳定，能导电、导热、耐高温、耐酸碱、抗氧化，其晶体细小，可塑性强，粘附力良好。WT883：无定形石墨粉，含铁量有限制，固定碳88，粒度0044mm，筛上物不大于10；可膨胀石墨的生产工艺生产可膨胀石墨的方法较多，目前主要采用两种方法：一是酸浸氧化法；二是电解氧化法。膨胀石墨由可膨胀石墨经高温瞬间膨胀而生成蠕虫状的石墨膨体，又称为膨体石墨、柔性石墨。 制备制取石墨的原材料是煤碳材料一焦碳或无烟煤。这些材料的石墨化过程如下：预先焙烧所压制的煤块，以除去树脂和其他杂质，然后在2000c以上温度下，使碳变成无定形的石墨。石墨是碳元素的结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。每一网层间的距离为0335nm，同一网层中碳原子的间距为0142nm。其晶体结构属六方晶系，具有完整的层状解理，解理面以分子键为主，对分子的吸引力较弱，故其天然可浮性很好。在浓差压力和电场力的作用下，浸入到石墨层间，形成层间化合物即氧化石墨。(2)电解氧化法工艺流程成品图4143润滑性(1)化学稳定性好，耐腐蚀性强。在pH=014范围内的酸、碱、盐、有机溶剂、蒸汽、热油、油脂等介质中不变脆、不老化、不变质。石墨的结晶形态不同，其工业价值和用途也不相同。（7）此外，石墨还可制铅笔，作玻璃及造纸业的磨光剂和防锈剂，作黑色油漆的原料和油墨的填料。石墨经特殊方法加工，可制成不透性石墨、定向高密度石墨、石墨纤维布等，作特殊材料用于有关工业部门。2膨胀方法和设备（4）机械工业：石墨常被用作机械润滑剂。石墨润滑剂常制成水剂、硅剂、粉剂、皎体及矿物油和植物油的各种油剂胶体石墨与润滑脂，石墨乳也是许多金属加工(拉丝、拉管)时的良好润滑剂。二、系统取样法1995年版鳞片石墨和微晶石墨的标准(GBT3518和GBT3519)均采用了该方法，标准规定：一次交付的同一牌号袋装石墨，以60t为一批，不足60t仍按一批计算，作为一个取样单元。把一批产品中的每个袋按一定顺序排列。从l一”袋产品中随机选一袋进行取样，然后每隔n一1袋抽一袋进行取样。1产品分类根据粒度不同分为两种：无定形石墨粉，包括粒级0149、0074、0044mm三种；无定形石墨粒，分粗、中、细三种，均有上、下限要求。石墨是六角网状平面层叠结构，经特殊处理后，插入层间的异类原子、离子、分子与层间内碳原子键合，形成一种保持石墨原来层面结构的层间物质，称之为石墨层间化合物。见图54。三方石墨又称B石墨，在这种晶体中，层状分子的相对位置以ABCABC的顺序重复排列。而所谓无定形碳存在多种形式，例如木炭、炭黑、活性炭、焦炭和煤等，它们实际上都是石墨的微晶体，它们大部分是由石墨层型结构的分子碎片大致相互平行而无规则地排列堆积在一起，碎片之间用四面体成键方式连接在一起。(4)有良好的防辐射性能。经辐射后，材料性能和形状元明显变化。W801：无定形石墨粉，固定碳肋，粒度0149mm，筛上物不大于10；石墨是目前已知的最耐高温的材料之。它的熔点为3850，沸点达4250。经超高温电弧的灼烧，在若干种耐高温材料中，按灼烧后的重量损失汁，以石墨为最小。(4)酸浸氧化法的影响因素影响酸浸氧化反应的主要因素有氧化剂的性质、氧化剂浓度、氧化反应温度、反应时间及石墨晶体的完整性等。产品牌号含义举例如下：(2)膨胀设备目前美国石墨制品厂家以立式炉燃煤气为主。日本石墨制品厂以卧式炉燃煤气为主。原西德柔性石墨制品厂两种设备均有，主要用电加热膨胀。2.1石墨的性质和用途一、主要生产厂家5.2产品技术要求三、 石墨的应用(二)鳞片石墨出口参考价格鳞片石墨出口参考价格见表4118。4抗热震性能其重要特性有：（2）电气工业：石墨广泛用来生产电极、电刷、电弧、碳棒、水银整流器的正极、电话零件、拉钨钼丝润滑剂、高电阻物、电视机显像管的涂料等。4石墨的化学稳定性非常突出。它耐酸、耐碱、耐腐蚀，在化学工业中具有特殊的地位。1.1基本简介(3)导热系数高。膨胀石墨的导热系数(加)径向为6477XlU”W(mK)，轴向为1792X10W(mK)。与石棉垫片相比，径向提高215倍，轴向提高595倍。一、基本概况膨胀石墨的特性膨胀石墨除具有一般石墨的许多优良性能外，还具有与普通石墨明显不同的可压缩性、回弹性、柔软性；比石棉、碳纤维、橡胶、塑料、聚四氟乙烯等有史好的导热性、耐高温性以及耐辐射，耐化学腐蚀等性能。因此是种既理想又经济的高级密封材料和润滑防氧材料。世界上其它石墨的主要生产国为：巴西、印度、加拿大、俄罗斯、墨西哥、斯里兰卡、乌克兰等国家。另外，非洲和欧洲的一些国家，如津巴布韦、莫桑比克、马达加斯加以及捷克、瑞典等国也有少量的生产和出口。5.4参考价格在标准中，鳞片石墨根据固定碳含量分为四类：高纯石墨、高碳石墨、中碳石墨和低碳石墨，其固定碳范围和分类代号见表815.3 石墨的检验项目及质量指标特性代号为W，其中有含铁要求者，代号为WT。在石墨晶体中，每个C的两个共价单键和一个弯曲双键的方位如图5一10所示。2电解氧化法(阳极氧化法)石墨晶体内因具有金属样的自由电子，因而也具有良好的导热、导电性能良好，超过钢、铁、铝等金属材料。石墨的导热系数随温度的升高而降低，在极高的温度下，石墨趋于绝热状态。它的层状结构如图58所示。1石墨具有突出的耐高温和耐低温的性质。其热膨胀系数很小(1，2X106)，体积稳定，因此能抗骤热的变化。而且石墨的耐高温性质与一般金属不同，当温度升高时，它不是趋于软化，而是强度反而增高，在2500C其强度比常温提高一倍。由于集装箱化程度在国际贸易运输中的大幅度提高，集装袋装出口石墨数量骤增。集装袋规格包括从500一l000kg多个规格，其包装特点决定了其取样方法不能按照标准中系统取样法进行。如果那样取样的话，势必要逐包取样，这在实际工作中很难做到，也没有必要做到。1.2石墨的种类4.3石墨的取制样方法和细度的检验（6）石墨还可以作橡胶、塑料的的填充剂。原子能和国防工业：用高纯度高密度的石墨作原子能反应堆的中子减速剂、防原子辐射的外壳、火箭发动机尾喷管喉衬、人造卫星上用无线电连接信号和导电结构材料。石墨在常温下具有良好的化学稳定性，不受任何强酸强碱及有机溶剂的侵蚀。此外，石墨还具有良好的吸热性能、可塑性、涂敷性和天然的疏水性。(5)自润滑性能好。嘭胀石墨保持了天然石墨良好的白润滑性能，摩擦系数只有008015。质地柔软，肖氏硬度-般在1025。在实际使用中，对轴和轴套磨损极微，可用在速度较高的设备上(允许线速度可达40ms，比石棉盘根提高5倍以上)。用石墨制成的层间化合物，其性质大大优于石墨。1耐高温性举例见表82。2.2石墨的结构5.1产品牌号二、 性能和结构由于石墨具有许多优良的性质，因此被广泛地应用于工业的各部门。无定形石墨的技术要求，应符合表4116中规定的技术指标。(5)电解氧化法的特点这种方法的特点是对氧化剂的浓度要求不严格，可以用浓度低的氧化剂溶液，生成的层间化合物质量比较均匀，减少对环境的污染。(1)膨胀方法分类按使用能源分：有电能加热、气体燃料加热和微波红外线、激光等热源加热膨胀。按膨胀炉型分：有立式膨胀炉、卧式膨胀炉和微波膨胀炉。按工作过程分：有连续工作和间断工作两种膨胀机械。三、集装袋装石墨取样法随着贸易的发展，石墨出口的包装类型也发生了很大的变化。在工业上，根据结晶形态的不同，可将石墨分为三类：(6)密封效果好，具有韧性和弹性。回弹率达306U，；压缩率约为42一?8，并且有良好的不渗透性。4.4产品质量标准及参考价格(2)同一规格、批量不同的两批产品的数量相差很大，但所抽取的份样数却相同。例如，批量为100袋和2400袋的两批产品，数量相差悬殊，却都只需抽100袋，而上述所需抽取份样数的差别都不是建立在产品品质波动和取样精密度要求的基础上的，因此这些差别是不合理的。(三)英国石墨价格英国石墨价格见表4119。从表89中可以明显看出方法的不合理之处：(4)影响电解反应效果的因素在电解过程中，反应效果的好坏除与石墨结晶的完整性有关外，还受电解液种类和浓度，施加电流密度和氧化时间的长短、搅拌速度等的影响。我国于1983年发布了石墨产品国家标准，鳞片石墨国家标准GB351883和无定形(即稳晶质)石墨国家标准GB351983。(二)无定形石墨国家标准可膨胀石墨的特性可膨胀石墨的重要特性是有奇异的膨胀性，经加热后可迅速膨胀几十倍至几百倍。这种性能与石墨的晶体结构有关。天然晶质鳞片石墨在进行氧化反应时，氧原子侵入石墨晶格层面之间，摄取了可以自由运动、比较活泼的v电子，与碳原子相结合，形成了石墨层间氧化物。它在一定温度作用下，由于高速脱氧作用，吸引物被迅速分解，产生一定的能量(推力)。这种能量足以破坏层间范德华结合力，使石墨晶格层间CC键断裂，晶格层面沿着轴方向迅速膨胀，使紧密的鳞片状石墨变成了纤絮型蠕虫状的膨胀石墨。因石墨的六角形骨架未被破坏，所以膨胀后的石墨也保持了原有的理化性能。（1）冶金工业：除大量用于浇铸和拉丝外，主要用作石墨坩埚和高温电炉中的石墨砖，用以熔炼有色金属、合金等贵重金属材料。在炼钢工业中，常用石墨作钢锭保护渣。南墅石墨矿、北墅石墨矿、柳毛石墨矿、兴和石墨矿、盘石石墨矿、鲁塘石墨矿、眉县石墨矿、文登县石墨矿、麻山石墨矿。（3）铸造业：用石墨做铸件模子的涂料。根据固定碳和细度的不同，鳞片石墨又被分成若干个牌号，产品牌号分别由分类代号、粒径、固定碳依次排列组成。1致密结晶状石墨致密结晶状石墨又称块状石墨，此类石墨结晶明显，晶体肉眼可见，颗粒直径大于o1mm。晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这种石墨的特点是品位很高，一般含碳量为60-65，有的可高达80一98，但其可塑性和润滑性不如鳞片石墨好。(3)电解设备电解设备是电解槽，有连续工作和不连续工作两种。它们的区别是石墨放置方法不同。不连续工作的电解槽，石墨粉料被压紧在阳极板面的凹陷区内，并用扳压住以防脱落；连续工作的电解槽