炭黑在碳素制品工业中的应用

㈡碳素制品的制造过程

碳素制品的制造过程是将炭黑、焦炭(石油焦或沥青焦)及其他填充料作为碳素原料，添加沥青、树脂等粘接剂后成型，然后在1000~3000℃下加热处理。制造过程的关键是原材料的选配和加热处理的温度。根据最终制品的应用领域的不同，不必要都达到理想的石墨结晶程度，加热处理温度是控制石墨化程度的最佳手段。碳素制品是按其性能要求、使用价值和价格为基础来选择其原材料的，炭黑有其重要的使用价值。炭黑基碳素制品的制造过程根据最终制品的使用目的个同而不同，其代表性的流程如下:

图1

       由图1可以看出，碳素制品可以用多种碳质原料，一般情况，炭黑的价格高于焦炭和天然石墨，因此仅用于不可缺少的用途。

研究表明，炭黑比焦炭难石墨化，而在各种炭黑中，粒径较大的灯烟炭黑和热裂法炭黑比粒径小的槽法炭黑的炉法炭黑较易石墨化。炭黑在粘接剂中较难分散，粒径较大结构较高的炭黑比粒径较小，结构较低的炭黑较易分散。可能是基于以上两点，碳素制品一般选用粒径较大、结构较高的灯烟炭黑、喷雾炭黑或油炉法炭黑为原料，而选用粒径大、结构较低的热裂法炭黑或天然气半补强炉法炭黑为高温炉的绝热材料。对于纯度要求很高的碳素制品则需要选用灰分和硫含量较低的炭黑。关于炭黑理化性能和碳素制品的加工性能和产品性能的关系还没有像在橡胶、塑料等行业研究得那么透彻，因此通常要通过小试后才能确定。

(1)原料的预处理

碳素制品的原料要过预处理，焦炭的培烧、粉碎、筛分等预处理，操作较容易。而炭黑粒径微细、表观密度小，小，通常要按图5的步骤制取焙烧炭黑。按最终制品使用要求，选用石墨化的原料。

(2) 混捏

将炭黑等主要原材料和煤焦油在150%左右进行混捏，这是一个粘度很大的熔融煤焦油或煤焦油沥青和很轻的粉末来进行混合分散的过程。粘结料的配合量对最终制品的性能有影响，因为要进行控制。

(3) 成型

炭棒或圆柱型的碳素制品，可利用混合料在适当加热后的可塑性挤(压)出成型。对于电机用炭刷通常采用模压成型。冷却后的混合料，已失去可塑性，容易粉碎和筛分，不用调整其粒度，即可作为模压成型的原料。

(4)烧成

在烧成工序中使成型半成品中沥青质熔融、炭化，在此工序中，沥青分解产生的气体要放出,因此升温速度要较慢,600℃以后可稍快,烧成最高温度常在1000℃左右。为防止坯料氧化或可塑性变形，在坯料周围要填充焦炭粉。

(5)石墨化

碳素制品可分为炭质和人造石墨质两类，要根据具体用途来定。

(6)浸渍

授馈可使含炭黑的碳素材料性能进一步改善并已成为一个重要的工序，一般人造石墨总是含有一定比例的气孔(通常大于20%，且大多为通孔)，采用漫渍工艺使漫渍剂填塞住上述气孔而使之成为不进性(或微渗透性)石墨。

采用的浸渍剂在最终制品要求防腐蚀时，常采用各种合成树脂等高分子材料或水玻璃等无机材料。在要求增强机械或电气性能时则可以采取熔融金属如铜、巴氏合金等作浸渍剂。

工艺通常包括坯材前处理→负压抽气→负压抽吸浸渍剂→加压使浸渍剂进入气孔→固化处理使浸渍剂在气孔内固化。在制造防腐蚀用不透性石墨时，后四道工序常需反复数次。