[發明專利]一種超細碳粉的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201910034512.2
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109702211B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 肖鵬;方華嬋
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F1/00;B22F1/02;C22C47/02;C22C47/14;C22C49/14;C22C101/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

本發明涉及一種超細碳粉及其制備方法和應用，屬于粉末技術領域。通過將短碳纖維進行脫膠處理，然后在軟性金屬粉末的輔助下進行球磨和分離，獲得具有特殊結構的超細碳粉。本發明得到的超細碳粉粒度均勻，粒度分布窄，分散性能好；同時超細碳粉還保留了碳纖維在微觀上的晶體結構，因此具有碳纖維的強度、高導電性。抗氧化性等優異的特性。本發明成功地解決了碳超細粉碎技術工藝流程長、工藝周期復雜、設備投入大，對石墨或纖維晶體結構的完整性破壞明顯，所設計和制備的超細碳粉性能優異，制備工藝簡單，成本低。

技術領域

本發明涉及一種超細碳粉，具體涉及一種超細碳粉及其制備方法和應用，屬于碳材料制備領域。

背景技術

超細碳粉(包括石墨粉、碳纖維粉等)粒度小于10μm，具有熔點低、化學活性高、磁性強、熱傳導好、對電磁波的異常吸收等特性，主要用于導電材料(電刷、碳棒等)、耐磨潤滑材料(干粉石墨潤滑劑、活塞杯等)。其中，最引人矚目的就屬碳纖維粉，它是一種含碳量在85％以上的高強高模量的碳纖維長絲經二次加工得到的粉狀碳素材料，它保留了碳纖維的眾多優異性能，并且形狀細小，比表面積大，易于與基體樹脂進行復合，如與熱塑性樹脂混合可制備碳纖維增強熱塑性樹脂注塑料，與熱固性樹脂(如環氧樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬樹脂等)、固化劑等混合可制備熱固性模壓料、澆鑄料，在金屬基碳纖維復合材料、陶瓷基碳纖維復合材料中也廣泛使用碳纖維粉末。

超細粉的制備和使用面臨的兩大難題即粉體的破碎和分散。目前，碳粉主要的粉碎工藝包括氣流磨、振動磨、攪拌磨等機械粉碎工藝，而分散多采用加分散劑進行超聲分散、機械分散、化學分散等。但超細粉碎技術工藝流程長、工藝周期復雜、設備投入大，而且會大量破壞石墨或碳纖維的晶體結構的完整性，降低了潤滑、導熱導電等性能。此外，超細粉末在使用過程中的易團聚，如以粉料形式加入銅粉中制備石墨/銅復合材料中時，在混料過程中超細石墨粉自發聚集，導致分布不均勻。

中國專利CN 105088421B公開了一種碳纖維粉末的制備方法，主要解決現有技術中存在的能量消耗高生產效率低的問題，該發明所采用的碳纖維粉末的制備方法，包括以下步驟：(1)將連續碳纖維與熔融狀態下的熱塑性樹脂經剪切、研磨、混合得到含碳纖維粉末和所述熱塑性樹脂的混合物；(2)用上述熱塑性樹脂的良溶劑溶解上述混合物中的熱塑性樹脂；(3)固液分離得到所述碳纖維粉末的技術方案，較好地解決了該技術問題，可用于碳纖維粉末的工業生產中。

中國專利CN 104098081B公開了一種小長徑比碳纖維粉的制備工藝，包括以下步驟：A、扎束；B、粘合；C、切片或磨粉；D、溶解；E、分離；F、凈化。該發明提供一種小長徑比碳纖維粉的制備工藝，創造了一種全新的生產工藝，能夠生產出長徑比與細度更小的碳纖維粉，進而能夠大大提高碳纖維粉的使用效果，促進行業與企業的發展。

為解決碳纖維粉的團聚問題，中國專利CN 104088132B公開了一種碳纖維粉表面改性方法，其步驟是先對碳纖維粉進行空氣灼燒預處理，再將預處理后的碳纖維粉浸入氧化液進行表面改性，最后對改性后的碳纖維粉進行清洗處理得到表面改性的碳纖維粉,該發明方法得到了改性碳纖維粉具有良好的溶劑浸潤性和分散穩定性，與基體復合時的界面結合能力較好。

日本專利JPH10273882A揭示了一種采用聚丙烯腈基碳纖維制備碳纖維粉末的方法，即先使聚丙烯腈基碳纖維緩慢通過加熱到600～700℃的烘箱(通過時間根據碳纖維的面密度大小為0.5分鐘至8分鐘)以除去碳纖維上的上漿劑(否則碳纖維在粉粹時易粘接)，然后經切短、粉粹、(多次)研磨得到碳纖維粉末，這種碳纖維粉末的長度一般為3～300μm，但是該專利所得碳纖維粉末的粒徑分布寬，粒徑大，硬度差，不適合用于作為增強材料。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種超細碳粉及其制備方法和應用。

本發明一種超細碳粉，所述超細碳粉為在金屬粉末輔助下由脫膠碳纖維經機械力破碎獲得的軟質超細碳粉、硬質超細碳粉、鑲嵌于金屬粉末內部的超細碳粉；所述金屬粉末非硬質合金粉末。