一种硅基石墨密封用浸渍剂的制备研究

金燚翥，邬宁杰

（哈尔滨电碳厂，哈尔滨 150025）

1 引言

纵观世界的发展，材料是科技、经济发展的三大支柱之一，主要包括金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料和复合材料[1-3]。随着汽车工业、航天事业、以及工业生产对材料的要求增加，传统的材料逐渐无法满足要求，因此，极大的促进了复合材料的发展。对于有液压或者压力系统的机械装置，密封材料是不可缺少的，密封材料[4-6]的存在既可以防止内漏也可以防止外漏，对于机械和环境都有极大的保护。而复合材料的发展促进了密封材料的发展，使得密封材料由传统密封材料向新型密封材料过渡和发展[7]。

本论文通过单因素的实验方法，对硅酸钠、四硼酸钠、分散剂、表面活性剂的用量进行研究，通过理论计算测出石墨制品开孔率降低率，从而确定出各成分的最佳用量比例。

2 实验

2.1 实验试剂

硅酸钠（分析纯表天津恒兴化学试剂有限公司）、亚甲基二萘磺酸钠（分析纯天津科盟化学试剂有限公司）、四硼酸钠（分析纯天津科盟化学试剂有限公司）、十二烷基苯磺酸钠（分析纯天津科盟化学试剂有限公司）二甲基硅油（分析纯表天津恒兴化学试剂有限公司）、四氯化碳（分析纯表天津恒兴化学试剂有限公司）。

2.2 浸渗液的制备

称取一定量的硅酸钠、四硼酸钠、分散剂、一定配比的表面活性剂；配成溶液后，均匀搅拌10min，即可得到浸渗液。

2.3 石墨浸渗的方法

将石墨样装入浸渗用装置内，在真空度为0.06MPa的条件下抽真空30min，加入浸渍液，保持在真空度0.06MPa的条件下浸渗30min。浸渗完毕后洗净，晾干，在150℃条件下烧结2h。然后计算开孔率降低率。

3 结果与讨论

3.1 硅酸钠用量对石墨开孔率的影响

硅酸纳用量对石墨材料开孔率的影响结果见表1、图1、图2。

表1 硅酸纳用量对石墨材料开孔率的影响结果Table 1 The effect of the dosage of silicic acid on the opening rate of graphite materials

图1 硅酸钠对石墨材料开孔率的影响Fig.1 The effect of sodium silicate on the opening rate of graphite materials

图2 硅酸对开孔率降低率的影响Fig.2 The effect of silicic acid on the reduction rate of opening rate

由实验结果表1和图1、图2，可以看出硅酸钠质量的不同使浸渗剂对石墨孔隙率影响很大。这是由于硅酸盐能在石墨材料表面形成一层胶体膜，它能有效的降低石墨材料的空隙，但用量过多会导致浸渍液黏度太高，流动性差，不利于浸渍。通过实验结果可知，当硅酸钠质量为70g时，浸渗液对石墨孔隙的封堵情况最好。

3.2 四硼酸钠用量对石墨开孔率的影响

四硼酸钠用量对石墨材料开孔率的影响结果见表2、图3、图4。

表2 四硼酸钠对石墨材料开孔率的影响结果Table 2 The effect of four sodium borate on the opening rate of graphite material

图3 四硼酸钠对石墨材料开孔率的影响Fig.3 The effect of four sodium borate on the opening rate of graphite materials

图4 四硼酸钠对开孔率降低率的影响Fig.4 The effect of four sodium borate on the reduction rate of opening rate

由表2和图3、图4结果显示，四硼酸钠为30g的情况下，浸渗液对于石墨材料堵孔的效果最好，当用量过低，硼砂对石墨孔隙中由硅酸钠形成的硅凝胶形成的网状结构增强不明显，封孔效果不佳。用量过大，由于B进入网状结构的量已经饱和，反而会增加浸渗液粘度，从而影响浸渗液的浸渗效果，由实验结果可知，四硼酸钠的用量选择为30g最佳。

3.3 分散剂用量对石墨开孔率的影响

分散剂用量对石墨材料开孔率的影响结果见表3、图5、图6。

表3 分散剂用量对石墨材料开孔率的影响结果Table 3 The effect of the dosage of dispersant on the opening rate of graphite material

图5 分散剂对石墨材料开孔率的影响Fig.5 Influence of dispersant on the opening rate of graphite material

图6 分散剂对开孔率降低率的曲线图Fig.6 The curve diagram of the reduction rate of the dispersant on the opening rate

由表3和图5、图6结果显示，石墨开孔率降低率在分散剂质量为14g之前随着分散剂的质量的增加而增加，在这时分散剂的作用没有达到饱和，它对浸渗液中的成分分散起促进作用；当分散剂质量达到14g之后，分散剂对于浸渗液效果的影响趋于平缓，此时分散剂的作用趋于饱和，分散作用下降，因此，在分散剂的最佳用量为14g。

3.4 表面活性剂用量对石墨开孔率的影响

表面活性剂用量对石墨材料开孔率的影响结果见表4、图7、图8。

表4 表面活性剂用量对石墨材料开孔率的影响结果Table 4 The effect of the amount of surfactant on the opening rate of graphite material

图7 表面活性剂对石墨材料开孔率的影响Fig.7 Effect of surfactants on the opening rate of graphite materials

图3-8 表面活性剂对开孔率降低率影响Fig.8 Effect of surfactants on the reduction rate of opening rate

由表4和图7、图8数据显示，开孔率降低率先随着表面活性剂质量增加而增大，说明表面活性剂对浸渗液中各成分分散起促进作用，但是在10g之后，由于表面活性剂质量的增加增加了浸渗液的粘度降低了浸渗效果。因此，表面活性剂的质量应该选择为10g。

4 结论

本文将硅酸钠、四硼酸钠、分散剂、表面活性剂进行复配制备石墨密封材料浸渗剂对石墨材料的密封性能进行了浸渗改性，通过实验结果得到较佳的浸渗剂配方为：硅酸钠70g、四硼酸钠30g、分散剂14g、表面活性剂10g。使用该配方的浸渗剂对石墨进行浸渗处理后，使原料石墨的开孔率由20.01%降低到了12.88%，孔隙降低率为35.63%，浸渗后石墨材料孔隙明显较少。

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