石墨改性膨胀聚苯板与普通膨胀聚苯板有什么区别

由于可膨胀石墨的膨胀性、耐高温性及绝热性，使其成为优良的密封材料，并被广泛使用。目前主要有两种形式：第一种是将可膨胀石墨与橡胶材料、无机阻燃剂（氢氧化铝）、促进剂、硫化剂、补强剂等进行混炼、成塑制成各种规格的膨胀密封条。主要用于防火门、防火玻璃窗等场合。这种密封条在火灾中具有自始至终阻隔烟气流动的作用。另一种是以玻璃纤维为载体使用某种粘合剂将可膨胀石墨粘合在载体上，它主要应用于防火门的制造。防火包、防火堵料、防火圈因为可膨胀石墨在高温条件下具有较高的膨胀率，可制作防火包、防火堵料，作为有效的膨胀阻燃材料，用于建筑中的防火封堵。如密封建筑管道，在电缆、煤气管道失火时防止火灾蔓延。

防火板由于可膨胀石墨密度小，晶体稳定，常用于防火板材的混合料中，目的在于增加板材的防火性能，减小板材的密度，增强隔热性能。膨胀石墨常被研制成薄片使用，这种材料可用于制作墙面和其他可燃基材的阻燃面板，在这种用途中，细小尺寸的天然鳞片石墨颗粒可作为初始原料直接压制成板，火灾发生时，细小颗粒的石墨可膨胀形成较密实的防火阻隔层。阻燃涂料近年来，可膨胀石墨正尝试应用在阻燃涂料中，它可赋予涂料优异的受热膨胀性。美国近来提出一种由纤维增强材料、可膨胀石墨、固体吸热材料、聚合物粘结剂等组成的阻燃涂料，可用于纤维板、木板的阴沟涂布。该涂料克服了以往涂料易产生烟气的不足。在火灾中可迅速膨胀形成轻质碳层，而放出的毒气（如：SO2、NO等）较少。可有效的对基材进行防火保护。但石墨表面的黑色限制了它的推广使用。通过表面改性以改变其颜色，增加涂料的色彩品种，使其颜色能为大众接受，是该研究的焦点问题。

（清华大学材料科学与工程系 先进材料教育部重点实验室，北京 100083）

一、内容简介

油井钻井时及炼油厂污水排放中有大量油类及有机分子，给环境造成了危害。近年来，海洋中由于过多的浮游微生物造成的“红潮”现象是又一极具威胁的环境污染源，这主要是由于人类过多地向江河湖海中排放了富磷和氮的有机物所造成的。解决上述污染问题的关键是研制一种有效的吸油剂。

膨胀石墨是由天然鳞片石墨经化学或电化学插层处理，水洗和干燥，高温膨化后制得的。膨化后的石墨呈蠕虫状，石墨晶片沿C轴方向膨胀了数十倍到数百倍，在形态上具有大量独特的网络状微孔结构。所以它除保留鳞片石墨的一些性质（如高的化学稳定性，耐高、低温，耐腐蚀，导电、导热）以及安全无毒外，还具有较大的比表面积，表面活性较高，具有很强的吸附性能，可广泛用于从水中吸附和分离油和有机大分子的环保工程。

清华大学材料科学与工程系新型碳材料研究室最早在膨胀石墨的孔结构、表面状态、液相吸附行为及机理等方面开展了大量的研究工作，提出了“平行板模型”和“缠绕吸附空间”模型，来描述膨胀石墨孔结构的微观模型和膨胀石墨吸附油类物质时的结构；研究了膨胀石墨的制备条件对孔结构的影响；研究了膨胀石墨对二氧化硫、重油等各种物质、极性化合物和生物大分子等的吸附性能及机理；研究了对轧钢厂的平流池油水混合物以及纺织厂的印染废水的处理。炭材料和层间化合物国际会议，已经把膨胀石墨液相吸附和其他吸油材料被列为讨论专题。

清华大学项目组对多孔（膨胀）石墨的液相吸附特性在国内外最早进行了系统研究，研究成果在国内外领先。多孔石墨由于其疏水亲油特性及多孔结构，对油类及大分子有机物质有超大吸附量，分散态多孔石墨在水中吸附重油量＞80 g/g，是其他吸油材料所不能企及的。

二、推广应用

应用插层、脱插控制技术制备的多孔石墨低密度板在包钢带钢厂冷却水池除油及清河毛纺厂印染废水脱除COD的工程应用实验中，其去污效果远好于活性炭。多孔石墨作为水体污染治理的一种材料，有良好前景。

三、鉴定、获奖、专利信息

该项技术已经申报发明专利《一种油污染吸附剂的制备及其回收再生方法》（申请号200410037978.1）。

康飞宇1 贾耀峰2 沈万慈1 盖国胜1 郑永平1 阎德2 王恩平2

（1.清华大学材料科学与工程系；北京 100084；2.包头市晶元石墨有限责任公司，内蒙古包头 014030）

该项目是清华大学材料科学与工程系与包头市晶元石墨有限责任公司合作，经过4年的精心研究开发，在“十五”期间运用“863”课题与“十五”攻关课题相结合及产学研相结合下共同开发的技术成果。

一、内容简介

（一）优质可膨胀石墨的工业化生产技术

优质可膨胀石墨是生产优质柔性石墨的原料。该项目研制完成并试产了以对环境友好的双氧水为氧化剂，采用化学法制备优质可膨胀石墨技术。膨胀容积≥160 mL/g，膨胀后硫含量S≤800×10-6。目前还未见有类似的技术报道，已经申请中国发明专利（专利申请号：200410090866.2《使用硫酸双氧水制造低硫可膨胀石墨的方法》）。根据此项技术，包头晶元石墨公司按攻关计划完成了年产2000 t优质可膨胀石墨生产线的改建（见P527）。

（二）多孔石墨的制备技术与产品

多孔石墨（膨胀石墨）对油类具有超高吸附量，可有效控制水体的油类污染，是清华大学具有国际领先水平的研究成果，松装的膨胀石墨对重油的吸附量≥80 g/g。研发完成了用膨胀石墨制备低密度多孔石墨板的技术及产品，已经申报发明专利（申请号：200410037978.1一种有污染吸附剂的制备及其回收再生方法）。密度0.02～0.08g/cm3的低密度板，在水 润滑油系统中，吸附物质90%以上是润滑油，吸附量≥10 g/g。并且对印染废水也有优良去除COD污染效果。已在轧钢厂含油冷却水及毛纺厂污水处理中完成使用试验。并已开发了多孔石墨用于高能电池石墨的市场，包头晶元石墨公司并据此将攻关任务书中提出的建50t/a多孔石墨中试线指标扩大建成300t/a的生产线（见P528）。

（三）高纯石墨微粉的生产技术

高纯石墨微粉是高能电池石墨及核石墨的重要原料。本项目研发了高纯石墨微粉的工业化生产技术，以碳92%～94%的中炭石墨为原料，通过熔融碱及复合酸的浸渍处理，提纯（C）到≥99.9的高纯石墨，而后以气流粉碎技术制成d50＝8～20μm的微粉。研发了氮化硅陶瓷叶轮分级机，可防止金属污染，杂质中Fe小于50×10-6，Cr小于2×10-6，Ni小于5×10-6，Cu小于3×10-6，Mo小于1×10-6。清华大学已经获得实用新型专利（ZL200420084694.3）《一种用于高纯粉体分级的氮化硅陶瓷分级叶片》，包头晶元公司申请了发明专利：申请号（200410009068.2）《高纯细粉鳞片石墨加工工艺及系统》。根据市场需求，将原攻关建300t/a生产线指标扩大，建成1500t/a高纯石墨微粉生产线。

（四）柔性石墨双极板制备技术

以包头晶元石墨公司的优质可膨胀石墨为原料，制成高膨胀倍率膨胀石墨，模型直接成型为柔性石墨双极板。电导率≥105S/m，热导率≥100W/（m·K），透气率≤10-6μm2，均优于人工不透石墨加工的双极板。在合作单位北京飞驰绿能电源技术公司的质子交换膜燃料电池实用运行100 h以上，电池性能与进口人工石墨双极板电池相同。该项技术已申请发明专利并已获授权（专利号ZL200410008461.X）《一种柔性石墨双极板的制备方法》。

二、推广应用

该项目技术成果的产业化部分，取得了明显的经济和社会效益。包头晶元公司，依靠该项目成果产业化，在2001～2003年期间产值增加55%，利税增加68%。国内高能电池厂电池用石墨微粉已由进口改为由晶元公司供货。晶元公司的高纯石墨微粉已具有国际电池石墨的一流技术指标，优质可膨胀石墨80%以上出口。晶元公司与世界最大的电池生产集团杜拉塞尔（即金霸王）以及瑞士特密高公司、法国罗兰公司、SGL跨国集团建立了良好的商务合作，市场将进一步扩大。同时晶元公司2003年2月获得包头稀土新产业开发区2002年度“高新技术产业化突出贡献奖”。

三、鉴定、获奖、专利情况

项目成果申请了4项发明专利，其中1项已授权，申请并授权1项实用新型专利，在天然石墨深加工领域取得了一批具有自主知识产权的国际领先或先进的科技成果。项目期间共发表论文20多篇，其中SCI收录8篇。

作为一种新型功能性碳素材料，膨胀石墨(Expanded Graphite，简称EG)是由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。EG 除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外，还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、耐辐射性等特性。早在19世纪60年代初，Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热，发现了膨胀石墨，然而其应用则在百年之后才开始。从此，众多国家就相继展开了膨胀石墨的研究和开发，取得了重大的科研突破。膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150~300倍，由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性。石墨晶体是两向大分子层状结构，每一平面内的C原子都以C一C共价键相结合，层与层之间以较弱的范德华力相结合。石墨的层状结构十分典型，每一层片是一个碳原子层，层内碳原子之间以sp2杂化轨道成很强的共价键，即1个2s电子和2个2p电子杂化等价的杂化轨道，位于同一平面上，互相形成σ键，而二个未参加杂化的2P电子则垂直于平面，形成二键π。石墨的这种层状结构使得层间存在一定的空隙。因此在一定条件下，某些反应物(如酸、碱、卤素)的原子(或单个分子)即可进入层间空隙，并与碳网平面形成层间化合物。这种插有层间化合物的石墨即为可膨胀石墨

膨胀石墨就是鳞片石墨经过酸洗，插化处理后较之前的石墨膨胀300倍左右，可以做卷材和柔性石墨原材料。膨胀石墨是指天然鳞片石墨经过酸化处理，形成石墨层间化合物，经水洗至中性 烘干后快速加热，使之膨胀成为蠕虫状物质。亦称石墨蠕虫。膨胀石墨作为一种疏松多孔的炭素材料，其表面及内部孔结构非常发达，比表面积可达50-200m2/g，是一种优良的吸附材料 ( 膨胀石墨具有低密度、轻质的特点，并且耐高低温、耐腐蚀、耐氧化。还具有高的化学稳定性和无毒的特点。

人造石墨粉是指人为高温处理碳类物质（石油焦、焦炭、煤炭）等等让其成为石墨的结构特征的物质，人造石墨是以主要原料是粉状的优质煅烧石油焦，在其中加沥青作为粘结剂，再加入少量其他辅料。各种原材料配合好以后，将其压制成形，然后在2500～3000℃、非氧化性气氛中处理，使之石墨化。

（2）不知道什么原理，sorry

常见制备方法

1、化学插层法 制备用的初始原料系高碳鳞片状石墨

,其余化学试剂如浓硫酸(98 %以上) ,过氧化氢(28 %以上) ,高锰酸钾等均使用工业级试剂。

制备的一般步骤为:在适当温度下

,将不同配比的过氧化氢溶液、天然鳞片石墨和浓硫酸以不同的加入程序 ,在不断搅拌下反应一定时间 ,然后水洗至中性，离心分离，脱水后于 60

℃真空干燥。

2、电化学法 在一种强酸电解液中处理石墨粉末以制成可膨胀石墨，水解、清洗和干燥。作为强酸主要使用硫酸或硝酸。此种方法制得的可膨胀石墨有着低硫含量。

3、超声氧化法 制备可膨胀石墨的过程中,对阳极氧化的电解液进行超声波振动 ，超声波振动的时间与阳极氧化的时间相同。

由于超声波对电解液的振动有利于阴、 阳极的极化作用 ,从而加快了阳极氧化的速度 ,缩短了氧化时间。

4、气相扩散法 将石墨和插层物分别致于一真空密封管的两端 ,在插层物端加热 ,利用两端的温差形成必要反应压差 ,使得插层物以小分子的状态进入鳞片石墨层间 ,从而制得可膨胀石墨。此种方法生产的可膨胀石墨的阶层数可控制 ,但其生产成本高。

5、熔盐法 将几种插入物与石墨混合加热复合,形成可膨胀石墨。

扩展资料：

石墨晶体具有由碳元素组成的六角网平面层状结构。层平面上的碳原子以强有力的共价键结合，而层与层间以范德华力结合，结合非常弱，而且层间距离较大。

因此，在适当的条件下，酸、碱金属、盐类等多种化学物质可插入石墨层间，并与碳原子结合形成新的化学相——石墨层间化合物(Graphite

Intercalation on Compounds,简称

GIC)。

这种层间化合物在加热到适当温度时，可瞬间迅速分解，产生大量气体，使石墨沿轴方向膨胀成蠕虫状的新物质，即膨胀石墨。这种未膨胀的石墨层间化合物就是可膨胀石墨。

参考资料：百度百科----可膨胀石墨