氟化石墨

　　氟化石墨是現今國際上高科技、高性能、高效益的新型炭/石墨材料研究熱點(diǎn)之一，其性能、品質(zhì)獨特，是功能材料家族中的一朵奇葩。由于活潑性極高的劇毒單質(zhì)氣體氟是“氣相法”合成氟化石墨的關(guān)鍵原料，加之，合成氟化石墨的技術(shù)細節國外文獻披露極少，故“氣相法”合成氟化石墨不但有一定的危險性，而且難度較高，迄今為止，國內有關(guān)這方面的實(shí)際研究論文報道極少。

　　一、簡(jiǎn)介

　　中文名稱(chēng)：氟化石墨
　　中文別名：聚氟化碳;氟化碳
　　英文名稱(chēng)：Fluorographite polymer
　　英文別名：Graphite fluorinated; fluorine - methane (1:1)
　　CAS號：51311-17-2
　　EINECS號：257-131-3
　　分子式：CFx
　　分子量：54.0393
　　InChI：InChI=1/CH4.F2/c;1-2/h1H4;

　　二、主要用途

　　1、氟化石墨是重要的無(wú)機非金屬材料，具有優(yōu)良的潤滑性，美國和日本研究表明，氟化石墨潤滑性能優(yōu)于通用的石墨和二硫化鉬，在干燥或潮濕高溫時(shí)（400-500度）摩擦系數更小，使用壽命更長(cháng)。由于氟化石墨的表面能低，它經(jīng)常與潤滑油、潤滑脂或樹(shù)脂混合使用，還可把氟化石墨粉末懸浮在潤滑油中或加到汽油中去。近幾年，在飛機、轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機上有用氟化石墨做潤滑劑的趨勢。目前，日本的中央玻璃公司已開(kāi)始生產(chǎn)懸浮有氟化石墨粉末的潤滑油。
　　2、用作電池、電極的活性材料。氟化石墨與非水系電解質(zhì)組合可制成高能量密度、高能輸出功率、長(cháng)儲存周期、高安全性能的新型電池，該電池能量為鋅、堿性電池的6-9倍。日本松下電池公司已有批量生產(chǎn)，用于無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機、測量設備、觀(guān)測氣球、捕魚(yú)浮標和照明、電子手表、計算器等方面。另外，氟化石墨纖維可制造電子測試器的散熱材料；涂于有機物的表面制取吸音材料；加入碳纖維復合材料，可增強負載能力，降低材料表面溫度；加進(jìn)涂料可改善涂刷性能，具有極好的防水防油功能；憎水性好，用于圖象記錄、復制，色譜分析等。
　　3、合成方法
　　目前對氟化石墨合成方法的研究工作，正在廣泛深入地進(jìn)行之中。已有的合成方法，可分為以下幾種：
　?。?）直接合成法
　　將固體碳和氣體氟在的范圍內加熱合成。這一工藝其原料只涉及固體碳和氣體氟兩種，外界條件只有溫度。反應效果的好壞，只和反應物本身和反應條件有關(guān)，是早的合成方法。
　?。?）催化合成法
　　在石墨和氟的反應系統中，如果有微量的金屬氟化物如、、和存在時(shí)，則在低于的條件下也能合成氟化石墨。金屬氟化物在這里起到了“催化”作用。制得的氟化石墨中，含有微量的金屬氟化物。雖然量微，卻改變了氟化石墨的性質(zhì)，特別是導電率提高了一個(gè)數量級。所用設備和直接合成法相同。不過(guò)對所用的原料純度要求比較高。天然石墨含碳量要求大于//01；氟氣體純度要求為//02//31，其中4含量小于251，6小于71；純度要求大于/81，純度要求大于/81。
　?。?）固體與固體合成法
　　前面兩種方法都是固體石墨和氣體氟合成，氣體氟是極毒物質(zhì)，腐蝕性極強，在高溫下反應，生產(chǎn)很不安全。日本有人研究出用固體含氟聚合物和石墨混合，在惰性氣體中，加熱至259.制得氟化石墨。這一合成方法，為安全生產(chǎn)氟化石墨提供了良好的條件，合成反應是在管式電爐中的石英管內進(jìn)行的。
　?。?）立式振動(dòng)反應器合成法
　　在鎳制的反應器底部，加裝一個(gè)振動(dòng)器，一方面使反應物料混合均勻，另一方面能提高反應速度，使產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量都能提高。和回轉反應器比較，在工藝條件的控制上，大大地前進(jìn)了一步。
　?。?）電解法
　　將碳素或石墨材料在無(wú)水氫氟酸中電解，就可生成新的氟化石墨。具體的說(shuō)，在陽(yáng)極和陰極之間使氫氟酸循環(huán)，這樣可以連續地合成氟化石墨。本方法是在循環(huán)式電解裝置中完成的。電解過(guò)程的進(jìn)行，是通過(guò)控制反應液的濃度、反應溫度和導電劑添加量等實(shí)現的。
　　下面重點(diǎn)介紹：固相合成工藝、立式振動(dòng)反應器工藝和電解法合成工藝。
　?。?）石墨和氟固相合成工藝
　　對參與合成的原材料要求
　　含氟固相物質(zhì)，主要是含碳、氟及氫的聚合物。也可以是含少量的硫、氧、氯，如四氟乙烯、六氯丙烯、聚乙酸乙烯樹(shù)脂螢石和乙烯基螢石等聚合物?；蛘邽橐蚁?、氯三氟乙烯及共聚物等。
　　碳材料主要是碳和焦炭、木炭、石墨等，要求純度高。對兩種原料粒度要求為小于以下，以下更好。是粉碎到以下的微粉狀態(tài)。這樣容易分散混合均勻，有利于合成反應的進(jìn)行。
　　反應的條件
　　包括氟聚合物的種類(lèi)、碳的種類(lèi)及兩者的重量配比；惰性氣體、加熱溫度、反應時(shí)間及產(chǎn)物使用要求等。反應條件隨產(chǎn)品使用要求而不同。
　　一般情況下碳含量占—（質(zhì)量）。惰性氣體一般用氬、氖、氮、氦、氫等。比較理想的是氬和氮。這些氣體，在加原料之前先導入反應器中，可加壓、減壓、常壓。比較理想的是左右。
　　反應溫度應控制在。/。低于/時(shí)反應進(jìn)行很慢；高于/時(shí)，產(chǎn)物發(fā)生分解反應，使產(chǎn)量降低和產(chǎn)生有毒氣體，給生產(chǎn)帶來(lái)難以解決的問(wèn)題。理想的溫度范圍是。/，此時(shí)可以獲得的結果。
　　反應時(shí)間，一般沒(méi)有很?chē)栏裣拗?，可以從幾分鐘到幾小時(shí)。主要視反應進(jìn)行的程度而定對特定的配方和使用目的，要通過(guò)試驗研究確定反應時(shí)間和其它條件的值。
　　合成工藝流程
　　隨固體碳原料的不同略有區別。下面分兩種情況介紹：
　　1、以石墨為原料的工藝流程：
　　石墨
　　水混合———脫水———干燥———爐內反應———冷卻———產(chǎn)品
　　工藝條件：石墨水溶液和聚四氟乙烯按1混合后，進(jìn)行脫水干燥入管式電爐加熱合成，經(jīng)23取出冷卻即得氟化石墨。加熱合成4，反應效果。當然聚四氟乙烯類(lèi)原料，必須進(jìn)行微粉碎后，才能和石墨水溶液混合。
　　2、以碳黑為原料的工藝流程
　　碳黑
　　混合———壓片———管式電爐———冷卻———成品
　　工藝條件：將聚四氟乙烯和碳黑細粉按重量比5：1混合，再加壓成形為片狀，然后篇石墨與炭素制品分類(lèi)加工的常用數據與計算入管式電爐并通氬氣適量，爐溫升到，反應后取出冷卻，即得到粉狀的氟化石墨。