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以β-resin 混合介相碳微球製造等方性石墨之研究 - 國立高雄應用科技 ...

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工 程 科 技 與 教 育 學 刊 第 七 卷 第 三 期<br />

民 國 九 十 九 年 六 月 第 507~514 頁<br />

以 β-<strong>resin</strong> 混 合 介 相 碳 微 球 製 造 等 方 性 石 墨 之 研 究<br />

1<br />

卓 錦 江<br />

1<br />

曾 文 良<br />

2<br />

顏 春 福<br />

1<br />

陳 孟 傑<br />

1 . 國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學 化 學 工 程 與 材 料 工 程 系<br />

2 . 中 鋼 碳 素 化 學 股 份 有 限 公 司 新 事 業 開 發 處<br />

jjjow@cc.kuas.edu.tw<br />

摘 要<br />

石 墨 的 製 造 , 多 以 石 油 焦 與 煤 焦 瀝 青 混 合 後 , 注 入 模 內 擠 壓 , 接 著 在 非 氧 化 的 條 件 下 加 熱 , 反 應 成 無 定 型<br />

碳 , 然 後 多 次 浸 漬 瀝 青 及 燒 焙 以 填 補 孔 洞 , 再 熱 處 理 至 2500~3000 ℃ 而 成 , 製 程 冗 長 困 難 , 因 此 近 年 以 含 β-<strong>resin</strong><br />

的 介 相 碳 微 球 自 燒 結 製 備 法 , 可 提 高 石 墨 的 機 械 性 質 , 並 簡 化 流 程 。 本 研 究 以 溶 劑 萃 取 方 式 , 從 煤 焦 瀝 青 中 製<br />

備 β-<strong>resin</strong> 含 量 63% 之 固 體 樹 脂 , 予 以 研 磨 至 5 μm 左 右 , 然 後 添 加 不 同 比 例 至 各 種 的 介 相 碳 微 球 (Mesocarbon<br />

Microbeads, 簡 稱 MCMBs), 得 到 各 種 β-<strong>resin</strong> 含 量 之 配 方 , 經 由 加 壓 、 碳 化 及 石 墨 化 的 自 燒 結 程 序 , 製 備 高 性<br />

能 等 方 性 石 墨 。 研 究 結 果 顯 示 , 從 煤 焦 瀝 青 中 提 取 β-<strong>resin</strong> 含 量 高 之 固 體 樹 脂 , 採 外 加 方 式 摻 配 MCMBs 以 製<br />

造 等 方 性 石 墨 , 是 一 個 可 行 的 方 法 ; 固 體 樹 脂 與 FGMP 型 MCMBs 以 1 比 9 之 重 量 比 例 混 和 , 經 過 1600<br />

kg/cm 2<br />

等 靜 壓 、1000 ℃ 碳 化 、2750 ℃ 石 墨 化 後 , 所 製 得 等 方 性 石 墨 塊 材 之 體 積 密 度 可 達 1.859 g/cm 3 。<br />

關 鍵 詞 : 煤 焦 瀝 青 、β-<strong>resin</strong>、 介 相 碳 微 球 、 自 燒 結 、 等 方 性 石 墨<br />

1. 前 言<br />

碳 材 是 以 碳 構 成 的 元 素 , 藉 由 不 同 製 造 方 法 , 可 得 到 非 晶 系 碳 、 石 墨 系 碳 、 熱 分 解 碳 及 碳 纖 等 不 同 特 性 的<br />

獨 特 碳 材 [1]。 其 具 有 高 電 導 性 、 高 熱 傳 導 性 、 抗 腐 蝕 性 、 高 純 度 、 高 比 表 面 積 及 價 格 低 等 特 性 , 因 此 被 廣 泛 的<br />

應 用 於 冶 金 、 電 化 學 、 機 械 材 料 及 半 導 體 等 各 領 域 。<br />

石 墨 (Graphite) 是 碳 元 素 的 結 晶 礦 物 之 一 , 是 一 種 具 有 耐 高 溫 、 導 電 、 導 熱 、 潤 滑 、 多 孔 性 、 可 塑 和 抗 腐<br />

蝕 等 性 能 的 非 金 屬 礦 物 。 應 用 於 電 極 、 電 池 、 塗 料 、 耐 火 、 電 子 、 潤 滑 、 煞 車 來 令 等 材 料 及 橡 膠 添 加 劑 等 。<br />

傳 統 石 墨 的 製 造 , 一 般 使 用 石 油 焦 (petroleum coke) 當 原 料 , 與 煤 焦 瀝 青 (coal tar pitch) 混 合 , 注 入 模 內<br />

擠 壓 , 接 著 在 非 氧 化 的 條 件 下 加 熱 至 約 1000 ℃, 形 成 無 定 型 碳 (amorphous carbon), 再 多 次 浸 漬 瀝 青 及 燒 焙 以<br />

填 補 孔 洞 , 並 使 其 高 密 度 化 隨 後 , 再 熱 處 理 至 2500~3000 ℃ 而 成 石 墨 [2]。<br />

近 年 來 儲 能 材 料 的 迅 速 發 展 , 使 得 高 密 度 、 高 強 度 、 高 純 度 且 加 工 性 能 好 之 石 墨 材 料 需 求 快 速 增 加 , 傳 統<br />

石 墨 製 程 複 雜 、 且 製 品 無 法 滿 足 品 質 需 求 。 因 此 , 業 界 積 極 開 發 出 以 自 燒 結 式 介 相 碳 微 球 製 造 高 強 度 、 高 密 度 、<br />

高 純 度 的 特 種 石 墨 碳 材 之 方 法 , 大 幅 提 升 了 石 墨 機 械 性 質 , 亦 簡 化 了 石 墨 複 雜 的 生 產 流 程 。Tohru 等 人 提 出 以<br />

介 相 碳 微 球 製 備 石 墨 碳 材 製 程 [3], 具 有 不 需 柔 捏 及 粉 碎 就 可 達 到 原 料 的 均 勻 性 、 碳 化 及 石 墨 化 過 程 中 胚 體 形 狀<br />

變 異 小 , 且 不 需 再 經 過 浸 漬 及 燒 結 等 程 序 來 填 補 孔 洞 , 就 可 得 到 高 密 度 的 石 墨 。<br />

介 相 碳 微 球 (MCMBs) 的 生 產 , 是 以 煤 焦 瀝 青 作 為 原 料 , 其 環 / 球 法 軟 化 點 在 85~95 ℃ 之 間 、Quinoline<br />

insolube (QI) 3~5 %、 Toluene insolube (TI) 20~25%; 然 後 在 430 ℃ 下 攪 拌 加 熱 並 持 溫 4 小 時 , 先 除 去 輕 質 成<br />

份 γ-<strong>resin</strong>, 接 著 使 用 煤 焦 油 餾 份 沸 點 230~250 ℃ 之 萃 取 溶 劑 萃 取 , 將 中 質 成 份 β-<strong>resin</strong> 分 離 ; 最 後 以 低 沸 點 清<br />

洗 溶 劑 進 行 洗 淨 , 經 過 乾 燥 、 篩 分 , 而 留 下 主 要 具 有 光 學 異 方 向 性 的 α-<strong>resin</strong> 球 狀 MCMBs 粉 末 [4]。 以 甲 苯<br />

當 作 萃 取 液 清 洗 , 萃 取 / 清 洗 次 數 越 多 得 到 之 產 品 β-<strong>resin</strong> 含 量 越 低 [5]。<br />

煤 焦 瀝 青 之 成 分 複 雜 , 除 了 以 軟 化 點 表 示 其 整 體 品 質 特 性 外 , 因 其 組 成 分 子 量 介 於 200-2600 之 間 , 以 分 子<br />

量 為 作 為 組 成 區 分 之 依 據 , 可 分 為 分 子 量 200~800 之 γ-<strong>resin</strong>、 分 子 量 800~1800 之 β-<strong>resin</strong>、 分 子 量 1800~2600<br />

©2010 National Kaohsiung University of Applied Sciences, ISSN 1813-3851


508<br />

卓 錦 江 、 曾 文 良 、 顏 春 福 、 陳 孟 傑<br />

之 α-<strong>resin</strong>。 其 中 之 β-<strong>resin</strong> 可 以 以 適 當 溶 劑 如 甲 苯 萃 取 分 離 之 。<br />

β-<strong>resin</strong> 含 量 影 響 MCMBs 自 燒 結 特 性 , 研 究 結 果 顯 示 : 石 墨 密 度 與 彎 曲 強 度 隨 β-<strong>resin</strong> 含 量 增 加 而 增 加 ,<br />

當 β-<strong>resin</strong> 含 量 在 8.9% 時 具 最 大 值 , 而 後 隨 β-<strong>resin</strong> 含 量 增 加 而 減 少 [6]。 除 此 之 外 ,β-<strong>resin</strong> 存 在 於 MCMBs 球<br />

體 表 面 , 是 MCMBs 具 自 燒 結 特 性 及 等 方 性 石 墨 製 品 高 密 度 化 的 實 質 原 因 。 因 此 , 適 當 的 β-<strong>resin</strong> 含 量 , 可 使<br />

MCMBs 具 有 最 佳 之 自 燒 結 性 , 經 過 等 靜 壓 成 型 、 碳 化 、 石 墨 化 , 可 製 造 高 密 度 、 高 強 度 、 高 純 度 之 等 方 性 石<br />

墨 製 品 。<br />

然 而 ,MCMBs 本 身 β-<strong>resin</strong> 的 含 量 不 易 控 制 , 本 研 究 以 外 加 β-<strong>resin</strong> 方 式 , 先 以 甲 苯 溶 劑 清 洗 煤 焦 瀝 青 ,<br />

提 取 高 β-<strong>resin</strong> 含 量 之 固 體 樹 脂 , 然 後 加 入 低 β-<strong>resin</strong> 含 量 之 MCMBs, 調 控 β-<strong>resin</strong> 之 含 量 , 製 備 高 性 能 等 方<br />

性 石 墨 ; 並 深 入 探 討 相 關 因 素 , 包 括 固 體 樹 脂 之 摻 配 比 例 、MCMBs 之 粒 徑 、 等 靜 壓 壓 力 等 , 對 石 墨 塊 材 體 積<br />

密 度 之 影 響 , 以 尋 求 最 佳 之 操 作 條 件 。<br />

1.1 實 驗 方 法<br />

1.1.1 高 分 子 β-<strong>resin</strong> 固 體 樹 脂 之 製 備<br />

先 將 700 g 煤 焦 瀝 青 置 於 反 應 槽 中 加 熱 至 150 ℃, 再 加 入 1400 ml 甲 苯 萃 取 液 淬 取 1 小 時 , 萃 取 後 利 用 壓<br />

濾 器 過 濾 , 以 4 kg/cm 2 的 氮 氣 壓 力 進 行 過 濾 , 同 時 壓 濾 器 維 持 45 ℃ 保 溫 , 甲 苯 濾 出 後 再 維 持 吹 乾 1 小 時 。<br />

過 濾 後 將 濾 餅 取 出 , 再 置 於 反 應 槽 中 , 加 入 350 ml 甲 苯 , 在 室 溫 的 條 件 下 進 行 萃 取 , 萃 取 後 以 4 kg/cm 2 的<br />

氮 氣 壓 力 進 行 過 濾 , 甲 苯 濾 出 後 再 維 持 吹 乾 1 小 時 。<br />

萃 取 後 之 濾 餅 利 用 真 空 反 應 器 進 行 乾 燥 。 先 升 溫 至 80 ℃ 時 , 持 溫 1 小 時 , 再 升 溫 至 140 ℃, 持 溫 3 小 時<br />

後 降 溫 至 室 溫 製 得 固 體 樹 脂 。<br />

固 體 樹 脂 以 球 磨 機 研 磨 至 平 均 粒 徑 5 μm 左 右 , 以 雷 射 光 繞 射 粒 徑 分 布 儀 (Laser Diffraction Particle Size<br />

Analyzer)、 熱 重 量 分 析 儀 (Thermogravimetric Analyzer, TGA) 、 掃 描 式 電 子 顯 微 鏡 (Scanning Electron<br />

Microscope, SEM) 等 儀 器 對 固 體 樹 脂 進 行 分 析 。<br />

1.1.2 原 料 之 摻 配<br />

選 取 中 鋼 碳 素 化 學 公 司 GMP、FGMP 等 二 種 MCMBs, 作 為 與 固 體 樹 脂 摻 配 之 原 料 。 將 二 種 MCMBs 與<br />

固 體 樹 脂 , 以 不 同 的 比 例 摻 配 , 並 混 和 均 勻 成 8 組 配 方 樣 品 , 其 摻 配 比 例 及 摻 配 後 β-<strong>resin</strong> 含 量 如 表 1 所 示 。<br />

1.1.3 等 方 性 石 墨 塊 材 之 製 作<br />

MCMBs 與 固 體 樹 脂 摻 配 所 得 之 8 組 配 方 , 充 填 入 外 徑 / 內 徑 79/77 mm、 長 度 142 mm 之 橡 膠 模 筒 內 , 充<br />

填 高 度 約 90 mm, 筒 蓋 以 橡 膠 塞 頭 壓 實 後 , 以 電 氣 膠 布 纏 繞 緊 實 , 置 入 冷 均 壓 機 中 。<br />

配 方 編 號 #1 ~ #4, 只 加 壓 至 1600 kg/cm 2 , 配 方 樣 品 #5 ~ #8 則 分 別 加 壓 至 1300 kg/cm 2 、1600 kg/cm 2 、<br />

1900 kg/cm 2 。 等 靜 壓 得 到 之 等 方 性 塊 材 生 胚 , 分 別 進 行 體 積 密 度 量 測 。<br />

1.1.4 碳 化 及 石 墨 化 處 理<br />

將 生 胚 置 入 碳 化 爐 中 , 升 溫 至 1000℃, 並 持 溫 3 小 時 , 對 生 胚 進 行 碳 化 程 序 , 以 製 備 碳 化 塊 材 , 完 成 後<br />

進 行 體 積 密 度 量 測 。<br />

將 碳 化 塊 材 置 入 石 墨 化 爐 中 , 升 溫 至 2750℃, 對 碳 化 塊 材 進 行 石 墨 化 程 序 , 以 製 備 石 墨 化 塊 材 , 完 成 後<br />

進 行 體 積 密 度 量 測 。


以 β-<strong>resin</strong> 混 合 介 相 碳 微 球 製 造 等 方 性 石 墨 之 研 究 509<br />

2. 結 果 與 討 論<br />

2.1 固 體 樹 脂 特 性 分 析<br />

固 體 樹 脂 經 研 磨 後 分 析 其 特 性 , 其 組 成 如 表 2, 其 中 β-<strong>resin</strong> 含 量 62.8%, 軟 化 點 為 267.8℃。 固 體 樹 脂 經<br />

雷 射 光 繞 射 粒 徑 分 布 儀 分 析 , 結 果 如 表 3 及 圖 1 所 示 , 其 平 均 粒 徑 4.87 μm、 粒 徑 小 於 5 μm 的 有 51.54%。<br />

固 體 樹 脂 TGA 分 析 之 結 果 如 圖 2。 其 中 在 300 ℃ 以 內 之 重 量 損 失 為 4 %, 是 由 輕 質 油 份 揮 發 所 造 成 ; 而 主<br />

要 重 量 損 失 發 生 在 300~550 ℃ 之 間 約 為 30%, 則 是 由 於 主 成 分 β-<strong>resin</strong> (Toluene Insolube) 及 α-<strong>resin</strong> (Quinoline<br />

Insolube) 的 脫 氫 (dehydrogenation) 及 聚 縮 合 (polycondensation) 反 應 所 造 成 。<br />

2.2 MCMBs 特 性 分 析<br />

本 實 驗 所 採 用 之 二 種 MCMBs, 分 別 為 中 鋼 碳 素 化 學 公 司 產 製 的 GMP、FGMP, 其 特 性 分 析 如 表 4,β-<strong>resin</strong><br />

含 量 均 為 0.6% 。SEM 觀 察 分 別 如 圖 3、 圖 4 所 示 , 形 狀 均 為 規 則 球 體 , 為 經 熱 反 應 形 成 縮 聚 狀 態 之 球 晶 。<br />

2.3 成 型 壓 力 對 生 胚 體 積 密 度 之 影 響<br />

以 FGMP 為 配 方 之 編 號 #5 ~ #8 樣 品 , 經 過 三 種 不 同 壓 力 : 壓 力 A: 1300 kg/cm 2 、 壓 力 B: 1600 kg/cm 2 、 壓<br />

力 C: 1900 kg/cm 2 , 所 得 生 胚 之 體 積 密 度 如 表 5、 圖 5 及 圖 6 所 示 。 結 果 顯 示 相 同 配 方 編 號 之 成 型 壓 力 越 高 ,<br />

所 得 生 胚 體 積 密 度 越 高 , 但 與 β-<strong>resin</strong> 之 含 量 則 與 生 胚 體 積 密 度 無 關 。<br />

2.4 MCMBs 粒 徑 對 碳 化 塊 材 表 面 之 影 響<br />

配 方 編 號 #1~#4 之 生 胚 , 經 碳 化 處 理 後 之 表 面 生 成 2~10 個 數 目 不 等 之 氣 泡 , 如 圖 7, 且 當 固 體 樹 脂 比 例<br />

越 高 時 , 氣 泡 數 目 越 多 。 這 可 歸 因 於 MCMBs 之 粒 徑 過 大 , 成 型 後 之 生 胚 內 部 堆 積 不 緊 實 , 產 生 細 微 流 道 , 碳<br />

化 過 程 中 之 輕 質 成 分 揮 發 從 流 道 散 出 所 致 ; 而 固 體 樹 脂 比 例 越 高 , 輕 質 成 分 含 量 亦 越 高 , 表 面 產 生 氣 泡 現 象 越<br />

明 顯 。<br />

2.5 β-<strong>resin</strong> 含 量 對 塊 材 體 積 密 度 之 影 響<br />

β-<strong>resin</strong> 來 自 於 MCMBs 及 固 體 樹 脂 , 依 照 不 同 配 方 樣 品 相 對 應 之 β-<strong>resin</strong> ( 含 量 如 表 1)。 不 同 β-<strong>resin</strong> 含 量<br />

所 製 得 之 生 胚 體 積 密 度 差 異 不 大 , 但 熱 處 理 後 之 碳 化 塊 材 體 積 密 度 、 石 墨 化 塊 材 體 積 密 度 將 有 所 不 同 。 配 方 編<br />

號 #5~#8 以 1600 kg/cm 2 相 同 壓 力 等 靜 壓 , 經 過 碳 化 及 石 墨 化 之 體 積 密 度 及 表 面 觀 察 結 果 如 表 6 及 圖 8 所 示 。<br />

β-<strong>resin</strong> 含 量 19.3% 之 配 方 編 號 #8, 於 碳 化 後 會 產 生 嚴 重 龜 裂 , 顯 示 熱 處 理 過 程 中 , 太 多 的 輕 質 成 分 揮 發 造<br />

成 之 劇 烈 體 積 膨 脹 , 使 塊 材 內 部 受 力 而 造 成 。 β-<strong>resin</strong> 含 量 13% 之 配 方 編 號 #7, 雖 於 碳 化 後 表 面 觀 察 正 常 , 但<br />

是 石 墨 化 後 核 心 裂 縫 , 成 因 與 配 方 編 號 #8 相 似 。 所 以 生 胚 之 β-<strong>resin</strong> 含 量 應 控 制 在 13% 以 下 , 以 避 免 熱 處 理<br />

造 成 之 龜 裂 情 形 。<br />

在 相 同 成 型 壓 力 下 ,β-<strong>resin</strong> 含 量 不 會 影 響 生 胚 之 體 積 密 度 , 但 會 影 響 碳 化 塊 材 、 石 墨 化 塊 材 之 體 積 密 度 ;<br />

β-<strong>resin</strong> 含 量 越 高 , 所 製 得 碳 化 塊 材 、 石 墨 化 塊 材 的 體 積 密 度 越 低 。<br />

配 方 編 號 #5, FGMP 90 % 與 固 體 樹 脂 10% 混 合 , 其 β-<strong>resin</strong> 含 量 6.8 % 時 , 可 得 到 體 積 密 度 1.859 g/cm 3<br />

之 石 墨 化 塊 材 。<br />

2.6 結 論<br />

從 實 驗 結 果 發 覺 , 成 型 壓 力 、MCMBs 粒 徑 及 MCMBs 中 β-<strong>resin</strong> 含 量 , 會 影 響 塊 材 之 體 積 密 度 ; 生 胚 體 積<br />

密 度 與 成 型 壓 力 有 絕 對 正 相 關 , 但 與 β-<strong>resin</strong> 之 含 量 無 關 ;MCMBs 粒 徑 太 大 時 , 成 型 後 之 生 胚 內 部 堆 積 不 緊 實 ,<br />

碳 化 塊 材 表 面 產 生 氣 泡 , 當 固 體 樹 脂 比 例 越 高 時 , 表 面 產 生 氣 泡 現 象 更 明 顯 ;MCMBs 之 β-<strong>resin</strong> 含 量 應 控 制<br />

在 13% 以 下 , 以 避 免 熱 處 理 造 成 之 龜 裂 情 形 , 且 在 相 同 成 型 壓 力 下 ,β-<strong>resin</strong> 含 量 越 高 , 所 製 得 碳 化 塊 材 、 石 墨<br />

化 塊 材 的 體 積 密 度 越 低 。


510<br />

卓 錦 江 、 曾 文 良 、 顏 春 福 、 陳 孟 傑<br />

綜 合 研 究 結 果 顯 示 , 從 煤 焦 瀝 青 中 提 取 β-<strong>resin</strong> 含 量 高 之 固 體 樹 脂 , 採 外 加 方 式 摻 配 MCMBs 以 製 造 等 方<br />

性 石 墨 , 是 一 個 可 行 的 方 法 ; 先 以 甲 苯 萃 取 煤 焦 瀝 青 , 提 取 β-<strong>resin</strong> 含 量 63 % 之 瀝 青 樹 脂 , 與 FGMP 型<br />

MCMBs 以 1 比 9 之 重 量 比 例 混 和 , 經 過 1600 kg/cm 2 等 靜 壓 、1000 ℃ 碳 化 、2750 ℃ 石 墨 化 後 , 所 製 得<br />

等 方 性 石 墨 塊 材 之 體 積 密 度 可 達 1.859 g/cm 3 。<br />

20<br />

10<br />

0<br />

Volume (%)<br />

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0<br />

Particle Diameter (μm)<br />

100<br />

90<br />

80<br />

70<br />

60<br />

50<br />

40<br />

30<br />

20<br />

10<br />

0<br />

圖 1 固 體 樹 脂 之 粒 徑 分 布 圖<br />

圖 2 固 體 樹 脂 之 TGA 分 析 圖


以 β-<strong>resin</strong> 混 合 介 相 碳 微 球 製 造 等 方 性 石 墨 之 研 究 511<br />

圖 3 GMP 之 SEM 分 布 圖<br />

圖 4 FGMP 之 SEM 分 布 圖<br />

生 胚 體 積 密 度 (g/cm 3 )<br />

1.35<br />

1.34<br />

1.33<br />

1.32<br />

1.31<br />

1.30<br />

1.29<br />

1.28<br />

配 方 5 配 方 6 配 方 7 配 方 8<br />

1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900<br />

成 型 壓 力 (kg/cm 2 )<br />

圖 5 FGMP 型 MCMBs 在 不 同 成 型 壓 力 下 生 胚 之 體 積 密 度 變 化


512<br />

卓 錦 江 、 曾 文 良 、 顏 春 福 、 陳 孟 傑<br />

1300 kg/cm 2 1600 kg/cm 2 1900 kg/cm 2<br />

生 胚 體 積 密 度 (g/cm 3 )<br />

1.34<br />

1.32<br />

1.30<br />

1.28<br />

6 8 10 12 14 16 18 20<br />

β-<strong>resin</strong> (%)<br />

圖 6 FGMP 型 MCMBs 在 不 同 成 型 壓 力 下 生 胚 之 體 積 密 度 變 化<br />

圖 7 配 比 編 號 #1 之 碳 化 塊 材 表 面 氣 泡 狀 態<br />

體 積 密 度 (g/cm 3 )<br />

2.2<br />

2.1<br />

2.0<br />

1.9<br />

1.8<br />

1.7<br />

1.6<br />

1.5<br />

1.4<br />

1.3<br />

1.2<br />

1.1<br />

生 胚 碳 化 塊 材 石 墨 化 塊 材<br />

5 6 7 8<br />

配 方 編 號<br />

圖 8 配 方 編 號 #5-#8 所 製 造 之 生 胚 、 碳 化 塊 材 及 石 墨 化 塊 材 之 體 積 密 度


以 β-<strong>resin</strong> 混 合 介 相 碳 微 球 製 造 等 方 性 石 墨 之 研 究 513<br />

表 1 固 體 樹 脂 與 不 同 MCMBs 摻 配 比 例 及 摻 配 後 β-<strong>resin</strong> 含 量 表<br />

配 方 編 號 MCMB 種 類 摻 配 比 例 (%) 摻 配 後 β-<strong>resin</strong><br />

MCMB 固 體 樹 脂 含 量 (%)<br />

#1 GMP 90 10 6.8<br />

#2 GMP 85 15 9.9<br />

#3 GMP 80 20 13.0<br />

#4 GMP 70 30 19.3<br />

#5 FGMP 90 10 6.8<br />

#6 FGMP 85 15 9.9<br />

#7 FGMP 80 20 13.0<br />

#8 FGMP 70 30 19.3<br />

表 2 固 體 樹 脂 組 成 分 析 表<br />

成 份 Toluene Quinoline β-<strong>resin</strong> Fix carbon Ash<br />

insolube insolube<br />

含 量 (%) 77.4 14.6 62.8 81.64 0.03<br />

表 3 固 體 樹 脂 粒 徑 分 析 結 果<br />

粒 徑 百 分 比 (%) D10 D50 D90 D95 D100<br />

粒 徑 (μm) 1.68 4.87 9.87 11.61 20.93<br />

MCMB D50<br />

表 4 各 種 MCMBs 特 性 分 析 表<br />

組 成 (%)<br />

種 類 (μm) T.I. a Q.I. b β-<strong>resin</strong> F.C. c V.M. d Ash<br />

GMP 24.57 99.5 98.9 0.6 96.61 7.93 0.15<br />

FGMP 11.69 99.1 98.5 0.6 95.02 8.99 0.28<br />

a:Toluene insoluble; b:Quinoline insolube; c:Fix carbon; d:Volatile material<br />

表 5 FGMP 型 MCMBs 在 不 同 成 型 壓 力 下 生 胚 之 體 積 密 度<br />

配 方 編 號 摻 配 比 例 (%) β-<strong>resin</strong> 含 量 生 胚 體 積 密 度 (g/cm 3 )<br />

MCMBs 固 體 樹 脂 (%) P A P B P C<br />

#5 90 10 6.82 1.293 1.311 1.333<br />

#6 85 15 9.93 1.293 1.315 1.334<br />

#7 80 20 13.04 1.294 1.313 1.332<br />

#8 70 30 19.26 1.294 1.314 1.331<br />

P A , P B ,P C 分 別 為 成 型 壓 力 1300, 1600, 1900 kg/cm 2<br />

表 6 配 方 #5 ~ #8 以 1600 kg/cm 3 壓 製 , 經 過 碳 化 及 石 墨 化 之 結 果<br />

配 方 編 號 β-<strong>resin</strong> 含 體 積 密 度 (g/cm 3 )<br />

表 面 觀 察<br />

量 (%) 生 胚 碳 化 塊 材 石 墨 化 塊 材 碳 化 塊 材 石 墨 化 塊 材<br />

#5 6.8 1.311 1.692 1.859 正 常 正 常<br />

#6 9.9 1.315 1.588 1.804 正 常 正 常<br />

#7 13.0 1.313 1.496 --- 正 常 核 心 裂 縫<br />

#8 19.3 1.314 --- --- 嚴 重 龜 裂 ---


514<br />

卓 錦 江 、 曾 文 良 、 顏 春 福 、 陳 孟 傑<br />

參 考 文 獻<br />

[1] 賴 耿 陽 , 碳 材 料 化 學 與 工 學 , 台 南 : 復 漢 出 版 社 ,1995。<br />

[2] Kinoshita, K., Carbon:Electrochemical and Physicochemical Properties, John Wiley Sons, New York, 1988.<br />

[3] Iwahashi, T., Kushihara, I., Tsuruki, T. and Shimomori, M., “ Development of New Carbon Materials Produced from Mesophase<br />

Carbon Power”, The Sumitomo Search, no.52, pp.30-36, 1993.<br />

[4] 公 中 鋼 碳 素 化 學 股 份 有 限 公 司 簡 介 , 介 相 瀝 青 粉 末 工 廠 製 造 流 程 圖 ,2008。<br />

[5] Escandell, M.M., Carreira, P., Valero, M.A. and Reinoso, F., “Self-sintering of carbon mesophase powders: effect of extraction /<br />

washing with solvents”, Carbon, vol.37, pp.1662-1665, 1999.<br />

[6] 高 燕 、 宋 懷 河 、 陳 曉 紅 、 毛 義 良 、 劉 先 龍 ,「β 樹 脂 含 量 對 高 密 度 各 向 同 性 碳 性 能 的 影 響 」, 材 料 研 究 學 報 , 第 十 六 卷 ,<br />

第 二 期 ,205-209 頁 ,2002。

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