石墨乳的制备方法、用途及发展趋势

张馨文

(黑龙江省冶金设计规划院，哈尔滨150040)

1 细拉丝石墨乳的制备工艺及原则配方

1.1 细拉丝石墨乳制备工艺

按配方在搅拌釜中加入石墨超细微粒子、部分纯水和氨水，搅拌分散均匀，达到微粒子分散、解胶要求后，再加入乙二醇、聚乙烯醇、苯乙烯丙烯酸乳液、部分氨水、分散剂，在高速分散器中高速分散，2h后，加入振动球磨机中球磨20h，放出上料加入增稠剂聚丙烯酰胺PHP30(900～1000)并捏和均匀，再检测、过筛、包装、入库。

1.2 细拉丝石墨乳原则配方

石墨超细微粒子，12%～35%;分散剂，1%～5%;粘结剂，8%～18%;有机助剂，5%～9%;氨水，2%～4%;增稠剂，16%～23%;纯水，余量。

2 彩色显像管用黑底石墨乳制备

2.1 石墨原料选择

日立型彩管石墨乳对石墨品质的基本要求，主要有:①具有一定的纯度，鳞片石墨要达98%以上，土状石墨要达94%以上;②挥发份低，热减耗温度在700℃以上;③Cl－、F－元素的质量分数不得超出30mg/kg。

2.2 黑底石墨乳用超细石墨微粒子制备

鳞片石墨微粒子制备采用的是湿粉碎系统。具体操作是:将325目鳞片石墨粉和其它辅助材料按一定比例充分混合，搅拌均匀，加入CB2300双筒振动磨中研磨粉碎，混合料的固性成份在28%～30%、pH为10±0.15、黏度为50～80cp(25℃)，研磨粉碎的时间为20～25h。然后排料，将料用隔膜泵打入粗分级机，分级得到的粗粒子返回振动磨配料槽用于配料，细粒子再进一步用精密分级机分级。精分级后，将细粒子液用水稀释使其溶液浓度为0.8%～1.5%，再加入适量磷酸加以凝析，使溶液的pH=2～3，充分搅拌，放置8～10h，进入捕集机捕集得到固性成份28%～32%的微滤饼，即半成品。

2.3 黑底石墨乳中石墨粒子的分散条件

彩管用黑底石墨乳中使用的原料是石墨。石墨属于疏水性物质，如果单靠搅拌石墨粒子是不能得到稳定的分散体系的。通常为了达到良好的分散效果，需要增加分散剂，又称保护性胶体，如羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)和阿拉伯胶等。其作用是，这些保护性胶体可包围在石墨粒子周围，把它变成亲水性，因此，要使石墨粒子在水中能够保持稳定存在，就必须加入适量的分散剂。

黑底石墨乳的分散条件是:①胶体石墨粒子的超细化处理，即为前述的石墨粒子进行超细粉碎和分级处理;②石墨粒子在水中的分散体系的处理:为使石墨胶体粒子能够稳定地分散在水中，首先添加亲水性保护性胶体(分散剂)，另外添加与石墨粒子相同电荷的解胶剂，使石墨微粒子之间增强排斥力，而稳定地悬浮于水中，不发生凝集、沉降，石墨粒子在pH为10左右的水中带负电荷，解胶剂为阴离子(或碱性)物质，一般选用价廉、但效果好的氨水，这时石墨粒子在水中能够很好地分散。

2.4 黑底石墨乳的生产工艺流程

石墨半成品→解胶→(增稠剂+粘结剂+分散剂)搅拌→除铁→取样→检测→成品。将石墨微滤饼称量，按一定比例加入纯水搅拌。然后，按比例加入解胶剂，用装有钢球的砂磨机解胶。按要求，如需配制1t成品，解胶作业时间一般为1～1.5h。解胶完全后，pH调整到10左右，这时石墨微粒子表面带电荷，在液相中处于分散状态，然后，再按比例分别加入增稠剂(羧甲基纤维素)、粘结剂(硅溶胶)和分散剂等辅助材料。配比为:石墨干量为9%～11%，增稠剂量为0.8%～1.8%，粘结剂量为2%～4%，分散剂量为1%～2%，去离子水量为80%～90%。经高速搅拌机搅拌均匀，时间为1h左右，固定电磁铁除铁，然后取样品1kg放置10h以上，在摇摆机上晃动0.5h，检测。检测合格后，最终成为黑底石墨乳产品。

3 石墨乳的应用

3.1 细拉丝石墨乳在钨丝拉制中的应用

新研制的细拉丝石墨乳，经上海上灯钨钼制品有限公司在10MD2A和10MD2B多模拉丝机上使用，证明其石墨平均粒径小，用纯水稀释后不沉降，在钨丝表面附着性能好，成膜强度高，润滑膜均匀、致密，具有良好的抗氧化性能。

3.2 黑底石墨乳在彩色显象管中的应用

彩色显象管采用石墨黑底技术是生产技术上的进步。由于石墨的电阻率小，所以是一种优良的导电体，它色黑且不透明，具有吸热且辐射能大、二次电子放射能小、气体吸收量大及热膨胀率小等特性，涂于显象管的内壁，防止二次电子放射，促使光反射小，起屏蔽作用。该彩管黑底石墨乳涂料完全适于日立型彩管生产的使用要求，化学性能稳定，涂敷效果好，画面图像清晰，对比度强，亮度高。目前，在广东福地和上海永新彩管公司的日立型彩管生产线上使用，效果良好。

3.3 石墨乳在电铸中的应用

以非金属母模电铸，首先要对母模表面进行一系列复杂的化学处理，使其表面导电化。我们在试验中使用了一种电真空材料－石墨乳作导电化处理材料，取得了良好的处理效果。人们看到，各种阴极射线管，如显像管、示波管，它们的波壳内外都有一层黑色的涂层，这就是以石墨乳形式涂上去的石墨导电层。

3.4 胶体石墨乳的应用

可提供水基、油基、速干性多种润滑剂及防腐蚀导电涂料，产品分为玻纤导电石墨乳;锻造石墨乳;拉丝石墨乳;高能电池导电涂料;活塞压铸涂料;阳极、油基石墨乳;石墨节能添加剂;齿轮减磨添加剂;热采高温石墨密封脂九大系列、三十多个品种供用户选择。石墨乳除了用作导电材料外，在金属母模电铸中还可用作脱模剂。

4 石墨乳的发展趋势

石墨是我国优势非金属矿产之一。我国石墨资源丰富，储量和产销量都居世界首位，目前已探明储量晶质石墨矿物15 692万t、隐晶质石墨矿物4 780万t。与世界同类矿床比较，我国石墨矿石质量总体上处于中等水平。在资源分布上，全国20多个省、市、自治区发现有石墨矿点，其中黑龙江、山东、内蒙古及山西、河北交界处集中了全国晶质石墨保有储量的90%以上，隐晶质石墨则主要分布在湖南、吉林两省。但由于技术开发投入不够，目前我国石墨仍以原料生产及加工鳞片石墨为主，相应的石墨乳材料开发也不够完全。石墨乳是前景很大的新兴材料，能够广泛用于高科技领域，发达国家已经投入人力、财力进行开发研究。天然石墨乳深加工技术进展很快，目前已形成一些新型产业。