工程塑料的原材料(工程塑料的成分)

　　甲醇为极性有机物，不仅会造成金属腐蚀 ，还能将橡胶中的增塑剂抽提出来，使橡胶变得像豆腐渣一样，造成汽车橡胶部件的溶胀，最后溶解 。 石墨粉目前市场上主要采用环氧树脂、酚醛树脂作为炭材料的浸渍剂，虽然有着工艺成熟、价格适中的优点，但是不耐有机溶剂这一问题仍未解决。 尤其，在甲醇这种极性溶剂存在的环境中，炭刷、石墨阀门垫圈的破坏十分严重，产生的后果危害巨大，因而提高炭材料的密封性就显得尤为重要。 聚苯硫醚 (PPS)具有优良的耐腐蚀、耐高温、阻燃、耐辐射、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性以及优良的电性能等特点，被广泛用作结构性高分子材料，通过填充、改性后广泛用作特种工程塑料 。 在化工领域，主要用于制作耐酸碱的管件、阀门、阀门管道、垫片及潜水泵或叶轮等耐腐蚀零部件。 在工程塑料上，主要用于制造汽车零部件、防腐涂层、电器绝缘材料等。

　　现在通常是将酚醛、环氧树脂用作石墨的浸渍剂，这两种树脂价格便宜、操作简单、发展成熟，是非常不错的选择，但是酚醛、环氧对有机溶剂甲醇的耐蚀性不好。 石墨粉本实验中，选择了聚苯硫醚树脂对石墨进行浸渍，测定了浸渍后的密封性、力学性能及耐腐蚀性能，以期找出一种耐甲醇性好的树脂来浸渍炭材料，从而在实际生产及应用中掌握聚苯硫醚浸渍石墨的基本性能及使用条件。

　　1 实验

　　1.3 试样制备称取一定的粉末状 PPS 加入到氮甲基吡咯烷酮中，加热至 90 ℃ ，并保温 7 h ，制成 PPS 溶液。 PPS浸渍及固化工艺在常压下进行，将具有一定黏度的PPS 树脂浸没石墨粉试样，室温中放置 3 h 。 把浸渍后的试样置于烘箱中， 加热至 200 ℃ 进行固化，并保温 1 h ，冷却至室温，取出并称重。 石墨粉再对浸渍并固化后的石墨试样进行压制， 压片规格 10 mm×10mm×40 mm ， 然后在 300 ℃ 下进行烧结， 冷却至室温，取出并称重。

　　1.4 性能测试与结构表征采用涂 -4 杯法 ( 国家标准 GB/T 1723 — 93) 测其黏度； 固含量采用 GB1725 — 79 涂料固体含量测定方法进行测定； 石墨粉采用国家标准 JB/T 8133.15 — 1999电炭制品气孔率实验方法测定试样开孔率；电子万能试验机测定试样抗折强度， 采用 GB/T 8133.7 —1999 电炭制品抗折强度；扫描电子显微镜观察试样微观形貌；拉曼光谱可表征试样结构有序程度 [8] ；通过试样的质量变化测定试样耐甲醇的性能。

　　2 结果与讨论

　　2.1 石墨及 PPS 树脂浸渍石墨基本性能表征石墨出厂理化性能见表 1 。PPS 树脂的黏度用涂 -4 杯法测定，其黏度取平均值为 14.40 s ，平均固含量为 4.91% ，见表 2 。

　　常温常压下， PPS 树脂浸渍石墨块的增重率见表 3 。

　　在实验中，浸渍、固化后试样质量一般增加，增加的质量就是浸入石墨空隙的树脂质量。 从这些数据可以得出，聚苯硫醚树脂浸渍石墨块平均增重率为 0.89% ，浸渍效果不佳，其原因主要是制取的液体聚苯硫醚树脂固含量太低， 并且由于是常压浸渍，使得浸渍液仅仅停留在石墨块的表面，作为密封性炭材料的密封性没有得到大幅度的提升。

　　故采用 PPS 树脂浸渍石墨粉，将粉状石墨在一定压力 (35 MPa) 下压制，再在一定温度 (300 ℃) 下烧结成块，测定其基本性能。 在 300 ℃ 时，纯石墨开孔率为 9.73% ， 而经 PPS 树脂浸渍后， 开 孔率为6.68% 。 由此可知， PPS 树脂浸渍石墨，可以有效地改善石墨的开孔率， 并有效填充石墨内部缝隙，比用 PPS 树脂浸渍石墨块的效果明显提升。 其原因是石墨呈粉状， PPS 树脂黏度较小，有利于浸渍。

　　2.2 纯石墨块与 PPS 树脂浸渍石墨力学性能的测定将压制 (35 MPa) 后的石墨与 PPS 树脂浸渍石墨在 300 ℃ 进行烧结，再对其测定抗折强度与肖氏硬度，如表 4 所示。

　　其中， 由于原材料所使用的石墨硬度过低，无法测出其肖氏硬度。 石墨粉由表 4 可知，用 PPS 树脂浸渍石墨， 抗折强度和肖氏硬度都得到了显著提升，这是因为用 PPS 树脂浸渍石墨后， PPS 在疏松的石墨粉中进行了充分地扩散，将石墨粉有效地黏结在一起，并通过 300 ℃ 的烧结，使 PPS 树脂在石墨粉中固化，为浸渍后的石墨提供了力学强度。

　　2.3 PPS

　　耐甲醇

　　与 PPS 树脂浸渍石墨耐甲醇的测定将 PPS 在室温、 35 MPa 的压力下压制成片 (3个样，分别为 A 、 B 、 C) ，并将其浸入甲醇中 30 天，取出烘干称重。 再用 PPS 树脂浸渍石墨块 ( 样品 D 、 E 、F) ，经过 35 MPa 的压制，并经 300 ℃ 烧结后，将其浸入甲醇中 30 天，取出烘干并称重，质量变化如表 5 、表 6 。

　　通过对失重率的计算， PPS 的平均失重率为1.739% ， PPS 浸渍石墨的失重率为 4.564% ， 相比于市场上所用的酚醛树脂（失重率为 13% ）、环氧树脂（失重率为 19% ） [9] ， PPS 浸渍后的石墨的密封性能得到了提升，在甲醇的环境中 PPS 浸渍石墨的耐腐蚀性得到了改善， 为 PPS 应用到耐腐蚀的垫圈、密封圈提供了可能。

　　2.4 样品的 SEM 形貌图实验中，利用扫描电子显微镜 (SEM) 对材料的显微结构进行观察和分析，图 1 、图 2 分别为聚苯硫醚浸渍石墨和纯石墨的 SEM 图。

　　从图 1 、图 2 可以发现，未经处理的纯石墨中粒与粒间的距离大， PPS 浸渍后的石墨中粒与粒间距离明显减小，颗粒更为紧凑，从这一点可以看出，通过浸渍的确能够改善石墨的密封性。 纯石墨呈现的疏松性程度较大，用 PPS 浸渍石墨可以降低其疏松性， PPS 树脂在石墨件的内部孔隙进行流动与填塞，从而可以提高其作为密封器件的密封性与耐腐蚀性石墨粉。

　　2.5 样品的激光拉曼光谱检测Raman 光谱可以反映石墨结构的有序程度。 从图 3 、 图 4 中可以发现， 纯石墨有 2 个较为明显的Raman 峰， 1 个位于 1 320.69 cm -1 (D 峰 ) ，即结构无序峰；另一个位于 1 573.56 cm -1 （ G 峰）处。因此可以用 I D /I G 来表征炭材料的石墨化度。经聚苯硫醚树脂浸渍后 D 峰位置在 1 316.30 cm -1 处，波峰变得更加明显， D 峰强度增大， 且 G 峰变得不明显， 强度减小。 故用 PPS 浸渍后的 I D /I G 值增大 , 其微观结构有序程度减小。 说明 PPS 树脂对石墨进行了充分的浸渍，使 PPS 与石墨进行了黏结，从而使石墨微观颗粒结构更为紧凑。 当用于甲醇环境中，其耐腐蚀性能可以得到提高。

　　3 结论

　　本实验通过采用不同树脂浸渍石墨，力图改善石墨的疏松性和力学性能，先后采用 PPS 浸渍石墨块与 PPS 浸渍石墨粉 2 种方式，得出以下结论：（ 1 ） PPS 与 PPS 浸渍石墨浸泡在甲醇中 30 天，计算失重率得到： PPS 浸渍石墨后的耐甲醇性能相比于 PPS 的耐甲醇性能得到了提升，为应用于腐蚀环境中的密封器件提供了可行性。

　　（ 2 ）在常温常压浸渍，树脂仅能浸透石墨试样的表面，不能明显改善石墨的性能。

　　（ 3 ）用石墨 PPS 浸渍后综合力学性能提高，是源于 PPS 在石墨间的充分流动、填塞及 PPS 优异的耐腐蚀性能与良好尺寸稳定性。由于在高温下，抗氧化剂本身发生缩合反应或者挥发而失去了一部分物质。 石墨本身基本不损失。 随着温度的升高，抗氧化剂的损失与石墨样品损失造成的质量下降比较起来已经可以忽略不计，因此可以推测在高温时损失的质量应该为石墨氧化所使然。 而且温度高于 900 ℃ 以后，石墨的氧化失重率增加得比较快，说明在高温下，抗氧化剂与石墨的相互作用减弱，使保护层与石墨基体材料间产生空隙，使氧气渗入而加快了氧化的进度。 玻璃态物质的流动性及时填补了这些空隙， 阻隔了氧化的增速，使其在高温下仍具有一定的抗氧化能力。 而镁盐的存在，降低了溶剂的挥发性。 但当温度继续升高时，抗氧化剂本身发生变化，损失增大，表面的裸露使石墨样品的抗氧化能力减弱。

　　3 结论

　　通过对不同盐溶液的选择和尝试，本文最后选定的用硼酸盐、氯化镁和可溶性有机硅溶液配制的浸渍液具有良好的水溶性。 对电极材料进行浸渍处理后，材料抗氧化实验结果显示，在选用中粗粒度石墨电极材料作为样品的情况下，经过在 60~70 ℃溶液中常压浸渍，干燥并煅烧后，可以使材料的开口气孔内表面形成一层结构致密的玻璃状填充物，渗透在石墨的组织空隙内，使材料的抗氧化性得到明显提高。 经过浸渍处理的样品与未经处理的样品相比，其氧化损失率要远远小于未处理样品，浸渍处理的石墨样品在 900 ℃ 的抗氧化失重率低于 1.8 % 。

　　以硼酸盐为主的浸渍溶液，与磷酸盐为主的浸渍液的抗氧化效果相比，具有更好的抗氧化性，而且避免了在潮湿的天气条件下样品的吸潮情况，在工业应用上具有较好的前景。