Способ получения композита из графитосодержащего материала для изготовления изделий Российский патент 2025 года по МПК C09C1/56 B01J19/10 

Изобретение относится к области технологии формирования частей сырьевой смеси из графита для получения технических изделий гранулированием, прессованием, экструдированием из частиц графитового композита, пластифицированного жидкостью. Оно может быть использовано для получения композита из графита для изделий технического назначения типа гранул, стержней, таблеток, покрытий пропиточного материала, смазки в машиностроении, в полимерной, строительной промышленности.

Известен способ получения гидрогеля из обработанного ультразвуком оксида графена (статья Оуэн. Комптон, Чжи А.Н. и др. Гидрогелирование оксида графена без добавок путем обработки ультразвуком https://doi.org/10.1016/j.carbon 2012.01.061), заключающийся в обработке ультразвуком в водной среде оксида графена до литерального размера со значениями в диапазоне - 0,050 - 0,125 мас.% для образцов, обработку оксида графена ультразвуком проводят от 30 до 120 мин. для получения слабого и прочного гидрогеля, соответственно. Гидрогель используют для доставки химических грузов, включая наночастицы, биомолекулы в высоких концентрациях.

Недостатки способа:

- получение гидрогеля ограничено использованием только окисленного графита и для изделий медицинского назначения;

- гелеобразование проводят с получением только нанолистов ультразвуком в воде и до концентрации графита в воде, равного 0,050 мг/мл или 0,125 мг/л, являющейся пределом возможных вариантов критических концентраций при гелеобразовании графита;

- отсутствует информация о функциональных возможностях гелеобразующих структурных формах обработанного графита, кроме нанолистов, в геле после обработки ультразвуком;

- гидрогель графита при получении композиции предполагает обязательное взаимодействие с полимерами для получения изделий;

- способ ограничен получением гидрогеля. Рассчитан на обработку ультразвуком графена в виде нанопластин на еще более мелкие фрагменты, исключая гелеобразование кристаллов графита или смеси мкм фракций частиц графита после ультразвуковой обработки различного типа и состояния графитов.

Известен способ получения изделий из графита (справочник Материалы в машиностроении, Т.5 Неметаллические материалы, под редакцией И.В. Кудрявцева, из-во «Машиностроение» 1968г., с.387), заключающийся во взаимодействии мелкодисперсного искусственного графита, используемого в качестве наполнителя, с пластмассой на основе фенол-формальдегидной новолачной смолы, используемой в качестве связующего. Получают графитопласт, из графитопласта изготавливают нагреватели, конденсаторы, испарители, холодильники и т.д.

Недостатком является то, что композит получен из разнородных материалов. Технология подготовки графита не раскрыта. Композит невозможно получить с гелеобразной смеси графита, способствующей формообразованию изделия.

Известен способ получения композита, содержащего углеродистые соединения (патент RU №2154077 от 10.08.2000г.), заключающийся в использовании геля SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ или их смеси и углеродистого компонента - углеродистую сажу. Углеродистый компонент модифицируют органической группой типа сульфофенильной или С₁ - С₁₂ - алкильную группу, а также ионную группу и ионизирующую группу (карболовую, сульфоновую, четвертичную аммонийную соль или их смеси). В гелевую композицию вводят углеродистый модифицированный компонент в количестве 1-99 масс.%. В качестве углеродистого компонента используют углеродистую сажу, которую модифицируют солью диазония в виде водной суспензии - реакционной среды. В качестве реакционной среды используют воду или любую среду, содержащую спирт. Для получения композиции исходное вещество диспергируют в спирте. Добавляют воду, затем добавляют кислоту для получения золя (SiO_2, TiO_2, Al₂O₃). Добавляют к золю углеродистый компонент. Добавляют катализатор для начала желатизирования золя. Выдерживают гель в форме 24 часа при температуре 50°С. Промывают гель водой, для замещения растворителя водой. Выдерживают гель в воде при температуре 70°С до 24 часов. Промывают гель в растворителе для отвода воды. Сушат полученный гель для получения композиции геля. Полученная гелевая композиция, содержащая углеродистое соединение используется для термоизоляции, звукоизоляции, как загуститель в композициях пигментов и красок для печати, как матирующие добавки, наполнитель.

Недостатки способа:

- способ многооперационен и сложен в получении композита;

- способ для получения композита использует разнообразные основные исходные материалы и дополнительные материалы, не обладающие электропроводностью;

- нет информации о соотношении реакционной среды (воды, спирта) к компонентам получаемого геля и об использовании графита в композите;

- воду, спирт используют только, как среду-диспергатор исходных компонентов;

- полученный композит используют как материал при изготовлении изделия не проводящего электричество;

Известен способ получения композита для получения изделий из углеродосодержащего материала (статья Майкл Джек Паренте, Баладжи Ситхараман. Синтез и характеристика углеродных микрогранул АСУ ОМЕГА 2023, 19 сентября 34034-34043, опубл. в интернете 5 сентября doi.org/10.1021/acsomege.3c05042), заключающийся в получении композита из углеродной суспензии и непрерывной фазы и использовании композита для формирования микрошариков - гранул углеродных. Для этого готовят углеродную суспензию, используя по меньшей мере один элемент в качестве наполнителя: графен, микрографит, углеродные нанотрубки, фуллерены, углеродная сажа. Наполнитель в виде углерода взаимодействует со связующим - растворителем в виде материала с двойной углерод-углеродной связью (например, 1,4 бутан-диолдиметакрилат, смесь отирола и дивинилбензола) и радикальным инициатором (например, пероксид бензоил) в смесителе, который диспергирует компоненты смеси. Затем получают смесь - непрерывной фазы воды с гидроколлойдной добавкой, которая включает гуммиарабик, ксантановую камедь, полиэтиленгликоль, поливинилпирролидон. Непрерывную фазу и дисперсную фазу (углеродную) в реакционной камере через сопла направляют навстречу друг другу. При этом, непрерывная фаза является внешней фазой по отношению к углеродной суспензии за счет того, что жидкости не смешиваются. В результате образуются капли, сохраняя дисперсную гидрофобную суспензию в виде изолированных капель в центре канала. В камере капли активируются за счет тепла, подаваемого в камеру. Инициируется сшивка с образованием микрошариков, микрогранул.

Недостатки способа:

- способ многооперационен;

- способ ограничен получением только пористых микрогранул;

- способ рассчитан на получение композиции из микрографита и полимера, которые взаимодействуют с использованием сложной аппаратуры и технологии для сложного формирования пористых микрогранул и не рассчитан на получение композита из графита в графите и из более крупных частиц в нем.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ получения композиции, содержащей графитосодержащий материал для получения изделий из него (патент RU №2765294 от 28.01.2022 г.,), заключающийся в получении исходного сырья, используемого в качестве дисперсного продукта, содержащего графеновый наноматериал, путем обработки графита ультразвуком, фильтрования частиц с использованием вакуумной установки, получения продукта с распределением частиц по размерам dn (90) равное 0,60 мкм и менее и объемном распределении частиц по размерам dv (90) равное 80 мкм или менее. Затем графеновый продукт подвергают процессу дегрогенизации путем нагрева при 200-500°С в течение 10-60 мин. для очистки продукта от загрязнений. Готовят водный гель, состоящий из набухающих гелеобразующих материалов. В качестве гелеобразующих материалов используют высокомолекулярные органические или неорганические компоненты, из неорганических компонентов используют водорастворимые силикаты (силикат алюминия, бентонит, аэросил). В качестве высокомолекулярных компонентов используют полимеры (полисахариды - целлюлозу, крахмал, желатин), виниловый спирт. Вводят графеновый продукт в водную гелевую массу в количестве 0,01 - 10% масс/масс с получением композиции, используемой в виде мазей для заживления кожных повреждений, в качестве лекарственных средств для наружного применения. Данный способ принят за прототип.

Недостатки способа, принятого за прототип:

- способ получения композиции ограничивает применение ее в терапии, т.е. в медицине и не может быть использован для получения изделий в виде твердых изделий в виде стержней, таблеток, дисков, гранул, т.е. для технических целей типа электропроводного материала, прокладок в оборудовании, термостойких замазок и т.д.);

- способ ограничен распределением частиц графена - графеновых нановолокон в геле до 10%;

- графеновый продукт используют в композиции, как наполнитель. В качестве связующего используют полимеры, силикаты т.е. композит состоит в основном из водорастворимого материала, не обеспечивающего использование в технике;

- способ использует множество добавок и многооперационен при получении композиции;

- нет информации о структурных и функциональных возможностях микронного размера частиц графита, измельченных после ультразвуковой обработки, в композиции.

Задача изобретения - получение композита углерод в углероде после ультразвуковой обработки кристаллического графита, упрощение процесса получения композита, расширение функциональных возможностей способа.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе получения композита из графитосодержащего материала для изготовления изделий, заключающемся в обработке графита ультразвуком, получении частиц из измельченного материала, приготовлении гидрогеля из гелеобразующего материала, введении в гидрогелевую массу наполнителя с получением композита, согласно изобретению в качестве наполнителя используют кристаллический графит, обработанный ультразвуком в воде в режиме, позволяющем получить смесь измельченных частиц 3-х уровневой структурной организации измельчения: частицы с исходной структурной организацией в виде блоков; частицы, отделенные от блоков и объединенные между собой с образованием сетки; частицы, отделенные от блоков и сеток и размещенные на поверхности воды в виде пленки; полученную смесь измельченных частиц графита высушивают, одну часть сухой смеси частиц используют в качестве наполнителя, другую часть используют для приготовления геля, для этого в сухую часть добавляют жидкость, смесь тщательно перемешивают до образования пластичной массы, которую используют в качестве связующего в виде C(OH)₂, далее в полученное связующее добавляют наполнитель -сухую смесь частиц измельченного графита с получением композита, содержащего графит в графите.

Для приготовления геля используют жидкость: воду, или спирт, или водный раствор аммиака (NH₄OH) при соотношении жидкость/смесь, равном 1,5-2:1, в весовых частях.

Сопоставительный анализ с прототипом заявляемого способа показал, что он нов, т.к. неизвестен из уровня техники, имеет изобретательский уровень, т.к. имеет существенные отличия от ранее известных технических решений получения композитов, позволяющих получить изделия из графитосодержащих материалов; практически применим, т.к. прост в приготовлении, не использует новое оборудование, перспективен, т.к. расширяет возможности сочетания материалов, используемых в композите.

Использование натурального кристаллического графита после ультразвуковой обработки в режиме, позволяющем получить 3-х уровневый материал измельчения в виде смеси: из не успевших измельчиться структурных соединений графита в виде блоков, из частиц меньшего размера, объединенных в пластины, например, отсоединившихся частиц из блоков, удерживаемых электростатическими силами друг с другом, с образованием лент зигзагообразной формы, и частиц, образующих на воде пленку - материал повышенной адгезии к остальным частицам в композите. Смесь обеспечивает повышенную активность материала в целом, как наполнитель, обладающий высокими адгезионными силами взаимодействия со связующим в композите.

В качестве связующего используют тот же натуральный кристаллический графит после ультразвуковой обработки исходного материала, что и наполнитель, обеспечивая упрощение получения композита из графита и расширяя возможность его применения для изделий, полученных например, гранулированием, прессованием, экструдированием.

Связующее получают путем пластифицирования смеси частиц графита после ультразвуковой обработки и высушивания, как и для наполнителя, путем простого введения в смесь жидкости типа воды (НОН), спирта (С₂Н₃ОН) гидроксида аммония (NH₄OH) при просто тщательном перемешивании компонентов при соотношении (в частях) от 1:1,5, до 1:2 смеси графита к жидкости, что обеспечивает необходимую вязкость полученного гидрогеля - С(ОН)₂ в качестве связующего с вышеназванным наполнителем из смеси графита. Связующее может быть получено при использовании и других жидкостей, кроме воды. Следовательно, расширяется возможность получения геля из графита благодаря более широкому спектру материалов - жидкостей для получения связующего и изготовления изделий из полученной композиции из смеси.

В заявленном способе критической концентрацией гелеобразования сухой смеси 3-х уровневой структурной организации частиц графита после ультразвуковой обработки является то, (визуально), что гель не выходит из емкости, в которой изготовлен при ее опрокидывании. Исследования же показали, что устойчивое состояние взаимодействия смеси частиц графита с жидкостью (например вода или водный раствор аммиака, или этиловый спирт) при соотношении 1:1,5 - соответственно, для получения максимальной вязкости при гелеобразовании и 1:2 соответственно, для получения критической концентрации, вязкости, пластических свойств геля. Ниже 1:1,5 - соотношение компонентов (графит, жидкость) не позволяет использовать систему, как гель, как связующее к наполнителю - сухой части объема частиц, которая внедряется в пластичную составляющую - связующую. Что затрудняет формирование изделия из этого композита.

Соотношение компонентов больше, чем 1:2 приводит к появлению свободной воды при перемешивании графита с вышеназванной жидкостью и разделению частиц: первый уровень фрагментирования остается на дне жидкости, второй - в объеме жидкости, третий - на поверхности жидкости. Происходит только разделение графита на составные части.

На фиг. 1 показана схема получения композита из графита для получения изделия из него.

На фиг. 2 - первый уровень структурной организации обработанного ультразвуком графита.

На фиг. 3 - второй уровень организации структуры обработки ультразвуком.

На фиг. 4 - третий уровень организации структуры обработкой ультразвуком.

На фиг. 5 - смесь частиц графита 3-х уровневой структурной организации при гелеобразовании в Н₂О.

На фиг. 6 - смесь частиц графита 3-х уровневой организации структуры при гелеобразовании в С₂Н₅ОН.

На фиг. 7 - смесь частиц графита 3-х уровневой организации структуры при гелеобразовании в NН₄ОН.

На фиг. 8 - композит, полученный из графита - геля и сухой смеси частиц в гранулах.

На фиг. 9 - композит, полученный из графита - геля и сухой смеси частиц в стержнях.

На фиг. 10 - гранулы из полученной композиции.

На фиг. 11 - изделия из полученной композиции.

Способ осуществляют следующим образом:

Для получения композита из графитосодержащего материала используют кристаллический графит типа крупнокристаллического терморасширенного графита, полученного после его окисления и высокотемпературной обработки, карандашного мелкозернистого графита, окисленного графита и т.д. (фиг.1).

Графит подвергают диспергированию обработкой ультразвуком в режиме, позволяющем получить смесь частиц графита, отличающуюся структурной организацией и функциональными возможностями частиц мкм размера.

Как показали исследования и контроль структурной организации частиц необходимо 3-х уровневая структурная организация частиц графита после ультразвуковой обработки с наличием преимущественно второго и третьего уровня, которые имеют повышенную активность адгезионных связей друг с другом и с частицами первого уровня из-за электростатики.

Смесь частиц графита, обработанного ультразвуком в жидкости должна состоять из 3-х уровневой структурной организации измельчения:

- частиц с исходной структурной организацией в виде блоков крупных размеров, в мкм (9мкм).

- частиц, отделенных от блоков и объединенных между собой с образованием сетки. Относительно первого уровня это частицы размеров в два раза мельче, в мкм (3мкм).

- частиц, отделенные в воде от частиц первого и второго уровня структурной организации в виде пленки с образованием сетчатой взаимосвязи друг с другом. Пленка содержит частицы наиболее диспергированные и обладает высокими адгезионными силами сцепления с частицами первого и второго уровня структурной организации. Размер частиц 0,01-0,2 мкм.

Полученную смесь частиц графита высушивают.

Для получения изделий из композита из выбранного графита, высушенный объем смеси частиц графита разделяют на две части. Одну часть объема смеси частиц графита используют в качестве наполнителя в композите для изделий, оставляя ее в сухом состоянии.

Другую часть объема смеси частиц графита используют в качестве связующего в композите для изделий после добавления жидкости типа воды, спирта, водного раствора аммиака (гидрата окиси аммония - NH₄OH) при соотношении смесь частиц к жидкости как 1:1,5-2, в весовых частях.

При простом перемешивании компонентов при комнатной температуре получают пластичную массу в виде гидрогеля - С(ОН)₂. Экспериментально подбирают соотношение компонентов в виде связующего и наполнителя в зависимости от заданных параметров изделий из получаемого композита и технических характеристик изделия.

Композит получают путем простого смешивания связующего с наполнителем.

Схема получения композита и изделий из него представлена на фиг.1.

Структурные исследования проводились на оптическом микроскопе Альтами МЕТ 5 при увеличении в 100 - 2000 раз в светлом, темном полях и проходящем свете.

Пример 1

Для получения композита из графитосодержащего материала используют мелкокристаллический графит КГ-1 (МГ-П-1-20230929) - Силур, г.Пермь после обработки ультразвуком в воде с использованием установки ПМС-15 (магнитно-стрикционный преобразователь) в режиме - (частоте 17 кГц, мощность 45 Вт/см², давлении 1атм) позволяющем получить одновременно 3-х уровневую структурную организацию измельчения: 1 уровень - частицы с исходной структурной организацией в виде многослойных блоков (фиг. 2): 2 уровень (фиг. 3) - частицы электростатически заряженные, объединенные в зигзагообразные образования, образующие сетки вокруг 1 уровня структурных образований - блоков; 3-й уровень (фиг. 4) - частицы, образующие пленку на поверхности воды при обработке ультразвуком. Эти частицы обладают повышенными адгезионными силами взаимодействия с частицами 1-го и 2-го уровня организации структуры. В результате ультразвуковая обработка позволяет получить смесь разных структурных организаций частиц в измельченном графите: блоки, сетки, которые по-разному функционируют в композите при получении изделий из графита. При наличии полученной смеси адгезионное взаимодействие частиц направлено на связи частиц друг с другом.

При этом размерность частиц от уровня к уровню уменьшается. Так, если размер частиц (блоков) 1-го уровня - 14мкм, то размер частиц (в сетке) - 2-го уровня - 3 мкм, а размер частиц 3-го уровня организации (в пленке) - 0,23 мкм.

Полученную смесь частиц измельченного графита ультразвуком в Н₂О используют для получения композита, из которого готовят изделия технического назначения. Для этого воду удаляют, а полученную сухую смесь частиц, различающихся по размерам и функционированию, используют и в качестве наполнителя, и в качестве связующего этого наполнителя. Для этого, часть объема сухой смеси частиц оставляют в неизменном виде. Она используется в качестве наполнителя. Часть объема сухой смеси «увлажняют» жидкостью типа - вода или этиловый спирт или водный раствор NH₄OH при соотношении компонентов смесь/жидкость, как 1:1,5-2,0 в весовых частях или 0,5-0,66 мг/мл (как обнаружено в процессе эксперимента) - это критический диапазон концентрации образования геля. При этом, соотношение 1:1,5 - наименее возможная концентрация гелеобразования из полученной смеси. Вязкий гель позволяет вводить в него сухую смесь графита при получении изделий типа стержней, таблеток, гранул и т.д., прокладки, электроды и т.д.

Соотношение компонентов - смесь/жидкость 1:2 - пластичный гель, который является предельной максимальной концентрацией геля, может функционировать в получаемом композите (связующее-наполнитель) для получения изделий технического назначения (т.к. графит не очищен и частицы измельченного графита имеют микронный размер) типа смазки, покрытий, поверхностей, как металлических, так и не металлических.

Получают гель в результате взаимодействия смеси частиц графита с жидкостью:

C+2Н₂О=С(ОН)₂ +Н₂ (фиг. 5)

C+2С₂Н₅ОН=С(ОН)₂ +2С₂Н₅(фиг. 6)

C+NH₄OH = С(ОН)₂ +NH (фиг. 7)

При этом, получают гидрогель С(ОН)₂ графита, независимо от используемой жидкости. NH₄OH используют для гелеобразования графита, очистки графита, ускорения перевода частиц 1-2 уровня организации структуры в 3-й уровень.

В гидрогель графита при перемешивании вводят сухую смесь для гомогенизации и образования композита, полученного в результате распределения частиц наполнителя в связующем и наоборот, т.к. пористость наполнителя частиц сухой смеси требует взаимопроникновения всех уровней структуры с пластифицированными частицами геля графита.

Вода, используемая в качестве гелеобразователя в получаемой композиции (смесь частиц графита сухая, а в геле - жидкая) имея большую плотность, чем структурные образования 1-2 уровня измельчения и пористость большую в структурных образованиях распределяет в геле частицы и образования из частиц по слоям: нижний слой - 1-й уровень организации - блоки в нижнем слое, 2-й уровень организации - сетки- в среднем слое и 3-й уровень - на поверхности геля. Поэтому для получения композиции с равномерным распределением частиц по объему следует тщательно перемешивать, как гель перед введением в него наполнителя, так и композицию, во время наполнения геля сухой смесью частиц графита.

Контролировать процесс ультразвуковой обработки можно путем размещения сухой смеси графита в прозрачной емкости и разбавлении водой. После разбавления водой слои четко размещены в том порядке, как описано выше. Поскольку необходим весь набор 3-х уровневой организации структуры, особенно 2-й и 3-й уровни, то обработка проводится под контролем за наличием этих уровней, которые отвечают за адгезионное взаимодействие структурных элементов (частиц и блоков, сеток из этих частиц), модуль сдвига, прочность изделия, возможность оптимизации процентного соотношения геля к наполнителю.

Гидрат окиси аммония функционирует более активно в гелеобразовании, т.к. он обладает большей активностью, чем вода в плане и дополнительного измельчения структурных элементов и перевода в 1,2 уровень организации. Он очищает графит от примесей, образуя комплексные соединения, нейтрализуя их отрицательное влияние на прочностные свойства получаемых изделий из вышеназванных композиций.

Спирт гелеобразует сухую смесь графита аналогично воде, но контролировать смесь в спиртовом растворе по слоям сложнее, т.к. он имеет плотность меньшую, чем вода.

Используя вышеназванные гелеобразователи, расширяется возможность гелеобразования и получения композиции из геля - смеси графита мкм уровня размерности частиц, упрощается процесс обработки, смешения геля со смесью и получение изделий из композита (фиг. 8), например, гранулы (фиг.10), а из композита (фиг. 9) -изделия в виде стержней и таблеток (фиг.11).

Пример 2

Для получения композита из графитосодержащего материала используют терморасширенный графит, который имеет крупнокристаллическую структуру, который обрабатывают в воде ультразвуком (МГ-Р-1-20230529) - Силур, г.Пермь с использованием установки ПМС - 15, в режиме (частоте 17 кГц, мощность 45 Вт/см², давлении 5атм), позволяющем получить одновременно 3-х уровневую структурную организацию измельчения: 1-й уровень - частицы с исходной структурной организацией в виде многослойных блоков: 2-й уровень - частицы электростатически заряженные, объединенные в зигзагообразные образования, образующие сетки вокруг 1-го уровня структурных образований - блоков; 3-й уровень - частицы, образующие пленку на поверхности воды при обработке ультразвуком. Эти частицы обладают повышенными адгезионными силами взаимодействия с частицами 1-го и 2-го уровня организации структуры.

Режим ультразвуковой обработки зависит от типа и состояния структуры графита. В результате ультразвуковая обработка позволяет получить смесь разных структурных организаций частиц в измельченном графите: блоки, сетки, которые по-разному функционируют в композите при получении изделий из графита. При наличии блоков в смеси адгезионное взаимодействие частиц направлено на связи частиц друг с другом.

При этом размерность частиц от уровня к уровню уменьшается. Так, если размер частиц (блоков) 1 уровня - 20мкм, то размер частиц (в сетке) 2 уровня - 3 мкм, а размер частиц 3 уровня организации (в пленке) - 1,25 мкм.

Полученную смесь частиц измельченного графита ультразвуком в Н₂О используют для получения композита, из которого готовят изделия технического назначения. Для этого воду удаляют, а полученную сухую смесь частиц, различающихся по размерам и функционированию, используют и в качестве наполнителя, и в качестве связующего этого наполнителя. Для этого, часть объема сухой смеси частиц оставляют в неизменном виде. Она используется в качестве наполнителя. Часть объема сухой смеси «увлажняют» жидкостью типа - вода или этиловый спирт или водный раствор NH₄OH при соотношении компонентов смесь/жидкость, какм1:1,5-2,0 (как обнаружено в процессе эксперимента - это критическая концентрация образования геля). При этом, соотношение 1:1,5 - наименее возможная концентрация гелеобразования из полученной смеси. Вязкий гель позволяет вводить сухую смесь графита при получении изделий типа стержней, таблеток, гранул и т.д., прокладки, электроды и т.д.

Соотношение компонентов - смесь/жидкость 1:2 - пластичный гель, который является предельной максимальной концентрацией геля, может функционировать в получаемом композите (связующее-наполнитель) для получения изделий технического назначения (т.к. графит не очищен и частицы измельченного графита имеют микронный размер) типа смазки, заполнителя поверхностей, как металлических, так и не металлических (подшипник, электроды).

После получения геля в результате взаимодействия графита с жидкостью

С+2Н₂О=С(ОН)₂ +Н₂

C+2С₂Н₅ОН=С(ОН)₂ +2С₂Н₅

C+NH₄OH = С(ОН)₂ +NH₃

Таким образом, гидрогель - С(ОН)₂ графита получают независимо от используемой жидкости. Используют NH₄OH для гелеобразования графита, очистки графита, ускорения перевода частиц 1-2 уровня организации структуры в 3-й уровень.

В гидрогель графита при перемешивании вводят сухую смесь для гомогенизации и образования композита, полученного в результате распределения частиц наполнителя в связующем и наоборот, т.к. пористость наполнителя частиц сухой смеси требует взаимопроникновения всех уровней структуры с пластифицированными частицами геля графита.

Вода, используемая в качестве гелеобразователя в получаемой композиции (смесь частиц графита сухая, а в геле - жидкая) имея большую плотность, чем структурные образования 1-2 уровня измельчения и пористость большую в структурных образованиях распределяет в геле частицы и образования из частиц по слоям: нижний слой - 1-й уровень организации - блоки в нижнем слое, 2-й уровень организации - сетки- в среднем слое и 3-й уровень - на поверхности геля. Поэтому для получения композиции с равномерным распределением частиц по объему следует тщательно перемешивать гель перед введением в него наполнителя и во время наполнения геля сухой смесью частиц графита.

Контролировать процесс ультразвуковой обработки можно путем размещения геля в прозрачной емкости и разбавлении водой. После разбавления водой, слои четко размещены в том порядке, как описано выше. Поскольку в композиции необходим весь набор 3-х уровневой организации структуры, особенно 2-й и 3-й уровни, то обработка проводится под контролем за наличием этих уровней, которые отвечают за адгезионное взаимодействие структурных элементов (частиц и блоков, сеток из этих частиц), модуль сдвига, прочность изделия, возможность оптимизации процентного соотношения геля к наполнителю.

Гидрат окиси аммония функционирует более активно в гелеобразовании, т.к. он обладает большей активностью, чем вода в плане и дополнительного измельчения структурных элементов и перевода в 1,2 уровень организации. Он очищает графит от примесей, образуя комплексные соединения, нейтрализуя их отрицательное влияние на прочностные свойства получаемых изделий из вышеназванных композиций.

Спирт гелеобразует сухую смесь графита аналогично воде, но контролировать смесь в спиртовом растворе по слоям сложнее, т.к. он имеет плотность меньшую, чем вода.

Используя вышеназванные гелеобразователи, расширяется возможность гелеобразования и получения композиции из геля графита мкм уровня размерности частиц, упрощается процесс обработки, смешения геля со смесью «крупной», а не только «нано» частиц графита, обычно включающие добавки в композит, которые ограничены растворимостью в определенных жидкостях для добавок.

Пример 3

Возможен вариант получения композита после обработки ультразвуком графитов КГ и ТРГ в той же последовательности, что и в примерах 1 и 2, но из графитовой КГ смеси частиц, (мелкокристаллический графит), готовят гель - связующее в заданной жидкости (вода или спирт или NH₄OH) в тех же соотношениях компонентов, что и в примере 1. А графитовую (ТРГ) сухую смесь частиц используют, как наполнитель. Такое сочетание в композите позволяет улучшить гомогенизацию композита за счет внедрения более эффективно пластичного мелкокристаллического материала (гель) в сухой крупнокристаллический наполнитель. При этом устойчивость системы взаимосвязи компонентов композита улучшается, получаемое изделие менее пористо, чем при сочетании частиц ТРГ смеси с частицами ТРГ в геле, сказываясь положительно на прочностных характеристиках изделия. Расширяется возможность получения простым способом углерод-углеродной композиции, используя, сочетание графитов разных типов и характеристик.

Способ по сравнению с прототипом имеет преимущества:

- композит получают из однородного электропроводного материала - графита кристаллического;

- композит получают из частиц, и взаимодействующих элементов структуры графита получаемого набора мкм размера, что упрощает процессы получения и геля и наполнителя;

- композит получают с использованием геля, полученного после ультразвуковой обработки жидкостью - воды, или спирта, или NH₄OH с объяснением их роли, причинно-следственной связи при дальнейшем использовании композита для получения изделий технического назначения, соответственно имеют полную информацию о функциональных возможностях композита,

- композит, полученный из одного типа графита или при сочетании графитов, различающихся по свойствам и степени кристалличности, расширяет возможность его использования.

Изобретение относится к области технологии формирования частей сырьевой смеси из графита для получения технических изделий гранулированием, прессованием, экструдированием из частиц графитового композита, пластифицированного жидкостью, и может быть использовано для получения композита из графита для изделий технического назначения типа гранул, стержней, таблеток, покрытий пропиточного материала смазки в машиностроении, в полимерной, строительной промышленности. Способ получения композита из графитосодержащего материала заключается в обработке графита ультразвуком, получении частиц из измельченного материала, приготовлении гидрогеля из гелеобразующего материала, введении в гидрогелевую массу наполнителя с получением композита. В качестве наполнителя используют кристаллический графит, обработанный ультразвуком в воде в режиме, позволяющем получить смесь измельченных частиц 3-уровневой структурной организации измельчения: частицы с исходной структурной организацией в виде блоков, частицы, отделенные от блоков и объединенные между собой с образованием сетки, частицы, отделенные от блоков и сеток и размещенные на поверхности воды в виде пленки. Полученную смесь измельченных частиц графита высушивают, одну часть сухой смеси частиц используют в качестве наполнителя, другую часть используют для приготовления геля. Для приготовления геля в сухую часть добавляют жидкость: воду, или спирт, или водный раствор аммиака (NH4OH) при соотношении жидкость/смесь, равном 1,5-2:1, в весовых частях. Смесь тщательно перемешивают с образованием пластичной массы, которую используют в качестве связующего в виде C(OH)₂. Далее в полученное связующее добавляют наполнитель - сухую смесь частиц измельченного графита с получением композита, содержащего графит в графите. Изобретение позволяет получить композит углерод в углероде после ультразвуковой обработки кристаллического графита, упростить процесс получения композита, расширить функциональные возможности способа. 11 ил., 3 пр.

Способ получения композита из графитосодержащего материала для изготовления изделий, заключающийся в обработке графита ультразвуком, получении частиц из измельченного материала, приготовлении гидрогеля из гелеобразующего материала, введении в гидрогелевую массу наполнителя с получением композита, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют кристаллический графит, обработанный ультразвуком в воде в режиме, позволяющем получить смесь измельченных частиц 3-уровневой структурной организации измельчения: частицы с исходной структурной организацией в виде блоков; частицы, отделенные от блоков и объединенные между собой с образованием сетки; частицы, отделенные от блоков и сеток и размещенные на поверхности воды в виде пленки; полученную смесь измельченных частиц графита высушивают, одну часть сухой смеси частиц используют в качестве наполнителя, другую часть используют для приготовления геля, для этого в сухую часть добавляют жидкость: воду, или спирт, или водный раствор аммиака (NH₄OH) при соотношении жидкость/смесь, равном 1,5-2:1, в весовых частях, смесь тщательно перемешивают до образования пластичной массы, которую используют в качестве связующего в виде C(OH)₂, далее в полученное связующее добавляют наполнитель - сухую смесь частиц измельченного графита с получением композита, содержащего графит в графите.