膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备方法

摘要

本发明公开一种膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备方法。所述方法首先将膨胀石墨废弃物内部的原油利用机械方式进行挤压，然后将其干燥、研磨、粉碎，并用3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂对其进行化学改性处理，之后配制膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料制备所用的混合溶液，最后对膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末进行真空热模压成型处理，制得膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料。本发明具有工艺简单、操作简便、成本低廉的优点，同时所述密封复合材料密封性能优良、化学稳定性高、磨损率低、抗蠕变性能优异、机械强度高、使用寿命长，能适用于各种密封工况的要求，易于在密封材料领域推广和应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附原油饱和后的膨胀石墨废弃物的资源化处置新技术，特别是涉及 一种膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着海上运输业和石油工业的迅猛发展，海上溢油事故频发，如2010年5月 发生的美国墨西哥湾原油泄漏事故，造成了难以估量的生态环境灾难和巨大经济损失。海 上溢油事故一旦发生，将会对海洋生态环境带来灾难性后果，故而研发经济可行的海上溢 油事故应急处理技术，对海上溢油应急处置工作的开展意义重大。目前，国内外对于海上 溢油事故应急处理多采用围油栏控制溢油蔓延，吸油毡和吸油机械除油的方式，但是吸油 毡对溢油吸附率低，吸油机械造价昂贵，维修成本高，因此开发一种造价低廉、吸油效率 高以及对环境友好的物理吸附处置技术日趋迫切。

膨胀石墨是一种疏松多孔的蠕虫状石墨质材料，它是可膨胀石墨经过高温膨化或者微 波膨化制备而成的，具有结构松散，多孔而弯曲，比表面积大、表面能提高、吸附鳞片石 墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合的特性。膨胀石墨具有对各类油品的吸附量大、制 备工艺简单、造价低廉，对环境无公害的优点，特别适合于作为海上溢油事故应急处理的 吸附材料。但如何对吸油饱和后的膨胀石墨进行有效处置，是拓展其用于溢油污染处置的 关键。目前，对于吸附溢油后膨胀石墨的处理主要包括有机溶剂萃取法、加热燃烧再生法 以及真空抽滤再生法，其中有机溶剂萃取法是指利用低沸点有机溶剂对油类的溶解性能和 低沸点的特性，将其在沸点的温度下将有机溶剂蒸发掉，有机溶剂萃取法的溢油脱除效率 高，但是使用有机溶剂会带来安全隐患和环境污染，并且增加了溶剂分离操作工序，继而 使处置过程更为复杂；加热燃烧再生法是通过直接加热油品使其挥发与膨胀石墨分离的方 法，这种方法会破坏膨胀石墨的蠕虫状结构，严重影响其再生吸附能力，而且加热燃烧过 程中会产生二次污染，油品无法回收利用；真空抽滤再生法是将溢油吸附饱和的膨胀石墨 在真空条件下抽滤至不再有油滴滴出为止，该法会破坏膨胀石墨的孔径与内部结构，并且 对设备要求高，溢油脱除效率低。因此，开发一种解决吸附原油饱和后的膨胀石墨废弃物 的资源化处置新方法迫在眉睫。

中国专利(CN103571111A)公开了一种以聚四氟乙烯为基体材料，玻璃纤维和芳纶 纤维为增强纤维，添加石墨、二硫化钼和青铜粉作为导热相的密封复合材料制备方法，由 该专利制备的密封复合材料具有较高的压缩强度，耐磨、导热好、热膨胀减少、抗化学腐 蚀性能优良等优点，但是该种复合材料中石墨、二硫化钼和青铜粉等无机填料与聚四氟乙 烯基体之间难以分散均匀，导致基体材料与无机填料的结合强度不好，影响密封复合材料 的整体性能。中国专利(CN103640232A)涉及一种无纺布密封垫片的制备方法，将碳化 硅短切纤维松解、梳理，铺成厚度均匀的松散纤网，对纤网上下反复针刺，浸渍酚醛树脂 和环氧树脂的胶液，热压定型成为密封垫片，由该专利制备的密封垫片具有良好的耐高温、 高压性能，但是该种密封垫片表面的酚醛树脂和环氧树脂耐磨性能和导热性能不佳，不适 合在高速高温密封领域应用。中国专利(CN103775642A)公开一种用于法兰的高温耐腐 耐磨密封垫片及其制备方法，该种密封垫片主要是以氧化钙、二氧化硅、石墨、氧化铁和 三氧化二铝等无机组分构成，经与磷酸化学反应、干燥、加压成型制备而成，该专利具有 制备方法简单，成本低廉的优点，而由该专利制备的密封垫片具有优良的耐高温性能、耐 酸碱腐蚀和优异的耐磨性能，但是该种密封垫片也存在柔韧性不佳，导热性能不好，热膨 胀系数大等不足。

聚醚砜是一种综合性能优异的热塑性特种工程塑料，具有优异的机械性能、绝缘性能 和高温抗蠕变性，在150℃和20MPa下的应变只有2.55％。聚醚砜具有优异的耐热性，在 高温和温度急剧变化的环境中仍能保持稳定的性能；此外，聚醚砜可耐150～160℃的水蒸 气侵蚀，在高温下也不受酸、碱的腐蚀，其化学稳定性高。聚醚砜的密度小、耐老化性能 优异，其耐燃性好，即使不添加任何阻燃剂，其耐燃性能可达UL94V-0级。聚醚砜可用于 制造各类密封件、轴承保持架，制动轴瓦，噪音消除器，发动机齿轮，汽化器的线圈骨架， 雾灯的反射镜以及止推环等，其在机械、汽车、电器仪表、污水处理领域得到广泛应用。 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，其具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好， 机械强度高，电绝缘性好的优点，常用作密封复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热 保温材料等。聚四氟乙烯俗称“塑料王”，它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，除 熔融碱金属、三氟化氯、五氟化氯和液氟外，能耐其它一切化学药品，是当今世界上耐腐 蚀性能最佳材料之一，其具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电 绝缘性、良好的抗老化能力、其耐温优异、摩擦系数低，而且对人体无毒副作用，常用作 复合材料的自润滑添加剂使用。青铜粉是一种铜锡合金的粉末，具有优良的导热性和导电 性能，常作为导热相应用于复合材料中。3-氨基丙基三乙氧基硅烷，是一种优良的增强纤维 处理剂，其可用于提高复合材料的机械强度，电性能和抗老化性能，将其添加到热塑性和 热固性树脂，能大幅度提高树脂的干湿态抗弯强度、抗压强度、剪切强度等物理力学性能 和湿态电气性能，并改善增强材料以及填料在基体聚合物中的润湿性和分散性。

基于聚醚砜、玻璃纤维、聚四氟乙烯和青铜粉的上述优良性能，其适用于密封材料的 制备。若应用3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂对原油吸附饱和后的膨胀石墨废弃物进行化 学改性处理，并将其与聚醚砜、玻璃纤维、聚四氟乙烯和青铜粉混合，经真空热模压成型 制备密封复合材料，其将具有优异的密封性能和耐化学腐蚀性能、优良的机械强度，以及 良好的导热性能，将在密封材料领域得到广泛推广和应用。

发明内容

为了对吸油饱和后的膨胀石墨进行有效处置，实现膨胀石墨吸油废弃物的资源化利用， 本发明提供一种膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备方法。该发明的制备方法操 作简便，工艺简单，成本低廉。同时，所述密封复合材料具有密封性能优良、化学稳定性 高、抗蠕变性能优异、导热性能好、机械强度高和使用寿命长等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合 材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)吸油饱和后的膨胀石墨废弃物的预处理：

①所用原料：

吸油饱和后的膨胀石墨废弃物的预处理所用原料包括渤海商品交易所中质含硫原油、 蒸馏水和膨胀石墨，其中渤海商品交易所中质含硫原油的主要质量标准如下：原油重度≥ 27，硫质量百分含量≤1.50，酸值≤1.9mgKOH/g，镍含量≤25mg/g，钒含量≤20mg/g， 残碳质量百分含量≤5，水体积百分含量≤0.5，膨胀石墨的膨胀体积为200ml/g，吸油倍率 为70g/g；

②膨胀石墨吸附原油达饱和的过程控制：

往3000ml的烧杯中加入1500g渤海商品交易所中质含硫原油和1000g蒸馏水，用玻 璃棒混合搅拌15～30min，配制成均匀分散的油水混合溶液；之后将10～20g膨胀石墨置于 油水混合溶液中，用玻璃棒连续搅拌油水混合溶液，1h后停止搅拌并将其静置24h，即得 到了吸附原油达饱和的膨胀石墨；

③吸附原油饱和的膨胀石墨的预处理：

将吸附原油达饱和的膨胀石墨过滤，利用机械方式挤压膨胀石墨，挤出其吸附的原油， 挤压压力5MPa，挤压时间为60～90min；直至不再有原油被挤出时，用1000g蒸馏水分三 次洗涤挤压后的膨胀石墨，然后将用蒸馏水清洗后的膨胀石墨置于烘箱中烘干处理，烘干 温度为150～200℃，烘干时间为36～48h；之后用研钵将干燥后的膨胀石墨研磨成细小粉状 颗粒，并将研磨后的膨胀石墨粉状颗粒用200目筛网筛分，收集过筛物，得到平均粒径为 75μm的膨胀石墨粉末；

(2)吸附原油饱和的膨胀石墨废弃物的化学改性处理：

①所用原料：

吸附原油达饱和的膨胀石墨废弃物的化学改性处理所用原料包括步骤(1)制备的膨胀 石墨粉末、分析纯级无水乙醇、蒸馏水以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷；

②3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液的配制：

将8g蒸馏水和72g无水乙醇加入到500ml的烧杯中，利用玻璃棒混合搅拌均匀，然 后再往烧杯中加入20g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，保持烧杯中溶液温度为20～35℃，同时 对溶液进行磁力搅拌，溶液磁力搅拌2h后，即制得3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液；

③膨胀石墨的化学改性处理：

将100g蒸馏水和10～20g步骤(1)制备的膨胀石墨粉末加入到三口烧瓶中，超声搅 拌30min，超声波功率为200W，超声波频率为40KHz，超声波处理时间为10～25min； 然后用滴管将5g3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液逐滴加入到上述溶液中，水浴控制溶 液的温度为70℃，在此温度下缓慢磁力搅拌混合溶液；待混合溶液缓慢搅拌1h后，对混 合溶液进行过滤，收集膨胀石墨粉末，并用蒸馏水将膨胀石墨粉末洗涤干净；待膨胀石墨 粉末洗涤干净后，将其置于60℃真空烘箱中干燥24h，即得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶 联剂化学改性处理的膨胀石墨粉末；

(3)膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备：

①所用原料：

膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备所用原料包括步骤(2)制备的3-氨基 丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨粉末、聚醚砜粉末、玻璃纤维、聚四氟 乙烯粉末和青铜粉；其中，聚醚砜粉末的平均粒径为40μm；玻璃纤维为高硅氧玻璃纤维， 其所含二氧化硅的质量百分含量为97％、氧化钠的质量百分含量为2％、三氧化二硼的质 量百分含量为1％，玻璃纤维的平均直径为15μm，纤维长度为0.5mm；聚四氟乙烯粉末的 平均粒径为20μm；青铜粉为铜锡合金，其平均粒径为200μm，其所含铜的质量百分含量 为85％、锡的质量百分含量为7％、锌的质量百分含量为5％，铅的质量百分含量为3％；上 述各原料用量有如下质量比例关系：聚醚砜：3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理 的膨胀石墨：玻璃纤维：聚四氟乙烯：青铜粉＝70～80：10～20：2.5～3.3：5.5～7：0.5～1.2；

②膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料混合溶液的制备：

a、首先将步骤(2)制备的10～20g3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨 胀石墨粉末加入到盛有100g无水乙醇溶液的烧杯中，水浴控制溶液温度为40～55℃，超 声振荡处理50～80min，超声波功率为200W，超声波频率为40KHz，使膨胀石墨粉末在 无水乙醇溶液中分散均匀，得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨 混合溶液；

b、然后将70～80g聚醚砜粉末加入到上述制备的膨胀石墨和无水乙醇的混合溶液中， 水浴控制混合溶液温度为55～70℃，磁力搅拌2～3.5h，使聚醚砜粉末在膨胀石墨和无水乙 醇的混合溶液中均匀分散，即制得3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石 墨-聚醚砜-乙醇混合溶液；

c、之后将2.5～3.3g的玻璃纤维加入到上述制备的膨胀石墨-聚醚砜-乙醇混合溶液中， 水浴控制混合溶液温度为45～60℃，磁力搅拌30～60min，然后再将5.5～7g聚四氟乙烯粉 末和0.5～1.2g的青铜粉依次加入到上述混合溶液中，超声振荡45～60min，保证各组分在 混合溶液中均匀分散，即得到了制备膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料所用的混合溶 液；

③膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末的干燥处理：

将上述膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料制备所用的混合溶液过滤，收集过滤截 留的固体粉末，用1000g蒸馏水分三次洗涤收集的固体粉末，之后将固体粉末放入100℃ 真空烘箱中干燥处理24h，即制得膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末；

④膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的真空热模压成型：

a、首先将上述制备的膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末装入真空热压烧结 机的模具中预压成型，对其施加23～26MPa的压力，压力保持时间为10～25min，烧结机炉 腔温度保持在25℃；在整个预压成型过程中，真空热压烧结机炉腔的真空度保持在20Pa；

b、然后对膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末进行真空热模压成型处理，将 热压成型压力由23～26MPa降低到10～13MPa，并使其在整个热压成型过程中保持不变， 热压成型温度首先将烧结机炉腔温度由25℃缓慢升高至330～370℃，升温时间为150～180 min，待温度升高到330～370℃时，在此温度下保温30～60min；30～60min后将烧结机炉 腔温度由330～370℃降至220℃，降温时间为55～70min；当温度降至220℃时，在此温 度下保温20～35min，之后使炉腔温度自然冷却至室温；

c、待炉腔温度自然冷却至室温后，卸压开模，取出热压成型的膨胀石墨-玻璃纤维-聚 醚砜密封复合材料，对其进行修整并去除毛刺，使其表面光滑平整，即得到膨胀石墨-玻璃 纤维-聚醚砜密封复合材料。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、制备方法简便，成本低廉；

2、实现了膨胀石墨吸油废弃物的资源化利用，有效推进了膨胀石墨吸附处置技术在海 上溢油应急处置中的应用；

3、应用该专利技术制备的膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜复合材料密封性能优良、化学稳 定性高，其抗蠕变性能优异、磨损率低，导热性能好；

4、膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜复合材料料质量轻、机械强度高、使用寿命长，易于在 密封材料领域推广和应用。

具体实施方式

实施例1

(1)吸油饱和后的膨胀石墨废弃物的预处理：

①所用原料：

吸油饱和后的膨胀石墨废弃物的预处理所用原料包括渤海商品交易所中质含硫原油、 蒸馏水和膨胀石墨，其中渤海商品交易所中质含硫原油的主要质量标准如下：原油重度≥ 27，硫质量百分含量≤1.50，酸值≤1.9mgKOH/g，镍含量≤25mg/g，钒含量≤20mg/g， 残碳质量百分含量≤5，水体积百分含量≤0.5，膨胀石墨的膨胀体积为200ml/g，吸油倍率 为70g/g；

②膨胀石墨吸附原油达饱和的过程控制：

往3000ml的烧杯中加入1500g渤海商品交易所中质含硫原油和1000g蒸馏水，用玻 璃棒混合搅拌15min，配制成均匀分散的油水混合溶液；之后将10g膨胀石墨置于油水混 合溶液中，用玻璃棒连续搅拌油水混合溶液，1h后停止搅拌并将其静置24h，即得到了吸 附原油达饱和的膨胀石墨；

③吸附原油饱和的膨胀石墨的预处理：

将吸附原油达饱和的膨胀石墨过滤，利用机械方式挤压膨胀石墨，挤出其吸附的原油， 挤压压力5MPa，挤压时间为60min；直至不再有原油被挤出时，用1000g蒸馏水分三次 洗涤挤压后的膨胀石墨，然后将用蒸馏水清洗后的膨胀石墨置于烘箱中烘干处理，烘干温 度为150℃，烘干时间为36h；之后用研钵将干燥后的膨胀石墨研磨成细小粉状颗粒，并 将研磨后的膨胀石墨粉状颗粒用200目筛网筛分，收集过筛物，得到平均粒径为75μm的 膨胀石墨粉末；

(2)吸附原油饱和的膨胀石墨废弃物的化学改性处理：

①所用原料：

吸附原油达饱和的膨胀石墨废弃物的化学改性处理所用原料包括步骤(1)制备的膨胀 石墨粉末、分析纯级无水乙醇、蒸馏水以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷；

②3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液的配制：

将8g蒸馏水和72g无水乙醇加入到500ml的烧杯中，利用玻璃棒混合搅拌均匀，然 后再往烧杯中加入20g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，保持烧杯中溶液温度为20℃，同时对溶 液进行磁力搅拌，溶液磁力搅拌2h后，即制得3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液；

③膨胀石墨的化学改性处理：

将100g蒸馏水和10g步骤(1)制备的膨胀石墨粉末加入到三口烧瓶中，超声搅拌30 min，超声波功率为200W，超声波频率为40KHz，超声处理时间为10min；然后用滴管 将5g3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液逐滴加入到上述溶液中，水浴控制溶液的温度为 70℃，在此温度下缓慢磁力搅拌混合溶液；待混合溶液缓慢搅拌1h后，对混合溶液进行 过滤，收集膨胀石墨粉末，并用蒸馏水将膨胀石墨粉末洗涤干净；待膨胀石墨粉末洗涤干 净后，将其置于60℃真空烘箱中干燥24h，即得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改 性处理的膨胀石墨粉末；

(3)膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备：

①所用原料：

膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备所用原料包括步骤(2)制备的3-氨基 丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨粉末、聚醚砜粉末、玻璃纤维、聚四氟 乙烯粉末和青铜粉；其中，聚醚砜粉末的平均粒径为40μm；玻璃纤维为高硅氧玻璃纤维， 其所含二氧化硅的质量百分含量为97％、氧化钠的质量百分含量为2％、三氧化二硼的质 量百分含量为1％，玻璃纤维的平均直径为15μm，纤维长度为0.5mm；聚四氟乙烯粉末的 平均粒径为20μm；青铜粉为铜锡合金，其平均粒径为200μm，其所含铜的质量百分含量 为85％、锡的质量百分含量为7％、锌的质量百分含量为5％，铅的质量百分含量为3％；上 述各原料用量有如下质量比例关系：聚醚砜：3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理 的膨胀石墨：玻璃纤维：聚四氟乙烯：青铜粉＝80：10：2.5：7：0.5；

②膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料混合溶液的制备：

a、首先将步骤(2)制备的10g3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀 石墨粉末加入到盛有100g无水乙醇溶液的烧杯中，水浴控制溶液温度为40℃，超声振荡 处理50min，超声波功率为200W，超声波频率为40KHz，使膨胀石墨粉末在无水乙醇溶 液中分散均匀，得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨混合溶液；

b、然后将80g聚醚砜粉末加入到上述制备的膨胀石墨和无水乙醇的混合溶液中，水浴 控制混合溶液温度为55℃，磁力搅拌2h，使聚醚砜粉末在膨胀石墨和无水乙醇的混合溶 液中均匀分散，即制得3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨-聚醚砜- 乙醇混合溶液；

c、之后将2.5g的玻璃纤维加入到上述制备的膨胀石墨-聚醚砜-乙醇混合溶液中，水浴 控制混合溶液温度为45℃，磁力搅拌30min，然后再将7g聚四氟乙烯粉末和0.5g的青 铜粉依次加入到上述混合溶液中，超声振荡45min，保证各组分在混合溶液中均匀分散， 即得到了制备膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料所用的混合溶液；

③膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末的干燥处理：

将上述膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料制备所用的混合溶液过滤，收集过滤截 留的固体粉末，用1000g蒸馏水分三次洗涤收集的固体粉末，之后将固体粉末放入100℃ 真空烘箱中干燥处理24h，即制得膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末；

④膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的真空热模压成型：

a、首先将上述制备的膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末装入真空热压烧结 机的模具中预压成型，对其施加23MPa的压力，压力保持时间为10min，烧结机炉腔温度 保持在25℃；在整个预压成型过程中，真空热压烧结机炉腔的真空度保持在20Pa；

b、然后对膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末进行真空热模压成型处理，将 热压成型压力由23MPa降低到10MPa，并使其在整个热压成型过程中保持不变，热压成 型温度首先将烧结机炉腔温度由25℃缓慢升高至330℃，升温时间为150min，待温度升 高到330℃时，在此温度下保温30min；30min后将烧结机炉腔温度由330℃降至220℃， 降温时间为55min；当温度降至220℃时，在此温度下保温20min，之后使炉腔温度自然 冷却至室温；

c、待炉腔温度自然冷却至室温后，卸压开模，取出热压成型的膨胀石墨-玻璃纤维-聚 醚砜密封复合材料，对其进行修整并去除毛刺，使其表面光滑平整，即得到膨胀石墨-玻璃 纤维-聚醚砜密封复合材料。

实施例2

(1)吸油饱和后的膨胀石墨废弃物的预处理：

①所用原料：

吸油饱和后的膨胀石墨废弃物的预处理所用原料包括渤海商品交易所中质含硫原油、 蒸馏水和膨胀石墨，其中渤海商品交易所中质含硫原油的主要质量标准如下：原油重度≥ 27，硫质量百分含量≤1.50，酸值≤1.9mgKOH/g，镍含量≤25mg/g，钒含量≤20mg/g， 残碳质量百分含量≤5，水体积百分含量≤0.5，膨胀石墨的膨胀体积为200ml/g，吸油倍率 为70g/g；

②膨胀石墨吸附原油达饱和的过程控制：

往3000ml的烧杯中加入1500g渤海商品交易所中质含硫原油和1000g蒸馏水，用玻 璃棒混合搅拌20min，配制成均匀分散的油水混合溶液；之后将14g膨胀石墨置于油水混 合溶液中，用玻璃棒连续搅拌油水混合溶液，1h后停止搅拌并将其静置24h，即得到了吸 附原油达饱和的膨胀石墨；

③吸附原油饱和的膨胀石墨的预处理：

将吸附原油达饱和的膨胀石墨过滤，利用机械方式挤压膨胀石墨，挤出其吸附的原油， 挤压压力5MPa，挤压时间为70min；直至不再有原油被挤出时，用1000g蒸馏水分三次 洗涤挤压后的膨胀石墨，然后将用蒸馏水清洗后的膨胀石墨置于烘箱中烘干处理，烘干温 度为170℃，烘干时间为40h；之后用研钵将干燥后的膨胀石墨研磨成细小粉状颗粒，并 将研磨后的膨胀石墨粉状颗粒用200目筛网筛分，收集过筛物，得到平均粒径为75μm的 膨胀石墨粉末；

(2)吸附原油饱和的膨胀石墨废弃物的化学改性处理：

①所用原料：

吸附原油达饱和的膨胀石墨废弃物的化学改性处理所用原料包括步骤(1)制备的膨胀 石墨粉末、分析纯级无水乙醇、蒸馏水以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷；

②3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液的配制：

将8g蒸馏水和72g无水乙醇加入到500ml的烧杯中，利用玻璃棒混合搅拌均匀，然 后再往烧杯中加入20g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，保持烧杯中溶液温度为25℃，同时对溶 液进行磁力搅拌，溶液磁力搅拌2h后，即制得3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液；

③膨胀石墨的化学改性处理：

将100g蒸馏水和14g步骤(1)制备的膨胀石墨粉末加入到三口烧瓶中，超声搅拌30 min，超声波功率为200W，超声波频率为40KHz，超声处理时间为15min；然后用滴管 将5g3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液逐滴加入到上述溶液中，水浴控制溶液的温度为 70℃，在此温度下缓慢磁力搅拌混合溶液；待混合溶液缓慢搅拌1h后，对混合溶液进行 过滤，收集膨胀石墨粉末，并用蒸馏水将膨胀石墨粉末洗涤干净；待膨胀石墨粉末洗涤干 净后，将其置于60℃真空烘箱中干燥24h，即得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改 性处理的膨胀石墨粉末；

(3)膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备：

①所用原料：

膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备所用原料包括步骤(2)制备的3-氨基 丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨粉末、聚醚砜粉末、玻璃纤维、聚四氟 乙烯粉末和青铜粉；其中，聚醚砜粉末的平均粒径为40μm；玻璃纤维为高硅氧玻璃纤维， 其所含二氧化硅的质量百分含量为97％、氧化钠的质量百分含量为2％、三氧化二硼的质 量百分含量为1％，玻璃纤维的平均直径为15μm，纤维长度为0.5mm；聚四氟乙烯粉末的 平均粒径为20μm；青铜粉为铜锡合金，其平均粒径为200μm，其所含铜的质量百分含量 为85％、锡的质量百分含量为7％、锌的质量百分含量为5％，铅的质量百分含量为3％；上 述各原料用量有如下质量比例关系：聚醚砜：3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理 的膨胀石墨：玻璃纤维：聚四氟乙烯：青铜粉＝76：14：2.8：6.5：0.7；

②膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料混合溶液的制备：

a、首先将步骤(2)制备的14g3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀 石墨粉末加入到盛有100g无水乙醇溶液的烧杯中，水浴控制溶液温度为45℃，超声振荡 处理60min，超声波功率为200W，超声波频率为40KHz，使膨胀石墨粉末在无水乙醇溶 液中分散均匀，得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨混合溶液；

b、然后将76g聚醚砜粉末加入到上述制备的膨胀石墨和无水乙醇的混合溶液中，水浴 控制混合溶液温度为60℃，磁力搅拌2.5h，使聚醚砜粉末在膨胀石墨和无水乙醇的混合溶 液中均匀分散，即制得3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨-聚醚砜- 乙醇混合溶液；

c、之后将2.8g的玻璃纤维加入到上述制备的膨胀石墨-聚醚砜-乙醇混合溶液中，水浴 控制混合溶液温度为50℃，磁力搅拌40min，然后再将6.5g聚四氟乙烯粉末和0.7g的青 铜粉依次加入到上述混合溶液中，超声振荡50min，保证各组分在混合溶液中均匀分散， 即得到了制备膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料所用的混合溶液；

③膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末的干燥处理：

将上述膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料制备所用的混合溶液过滤，收集过滤截 留的固体粉末，用1000g蒸馏水分三次洗涤收集的固体粉末，之后将固体粉末放入100℃ 真空烘箱中干燥处理24h，即制得膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末；

④膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的真空热模压成型：

a、首先将上述制备的膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末装入真空热压烧结 机的模具中预压成型，对其施加24MPa的压力，压力保持时间为15min，烧结机炉腔温度 保持在25℃；在整个预压成型过程中，真空热压烧结机炉腔的真空度保持在20Pa；

b、然后对膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末进行真空热模压成型处理，将 热压成型压力由24MPa降低到11MPa，并使其在整个热压成型过程中保持不变，热压成 型温度首先将烧结机炉腔温度由25℃缓慢升高至350℃，升温时间为160min，待温度升 高到350℃时，在此温度下保温40min；40min后将烧结机炉腔温度由350℃降至220℃， 降温时间为60min；当温度降至220℃时，在此温度下保温25min，之后使炉腔温度自然 冷却至室温；

c、待炉腔温度自然冷却至室温后，卸压开模，取出热压成型的膨胀石墨-玻璃纤维-聚 醚砜密封复合材料，对其进行修整并去除毛刺，使其表面光滑平整，即得到膨胀石墨-玻璃 纤维-聚醚砜密封复合材料。

实施例3

(1)吸油饱和后的膨胀石墨废弃物的预处理：

①所用原料：

吸油饱和后的膨胀石墨废弃物的预处理所用原料包括渤海商品交易所中质含硫原油、 蒸馏水和膨胀石墨，其中渤海商品交易所中质含硫原油的主要质量标准如下：原油重度≥ 27，硫质量百分含量≤1.50，酸值≤1.9mgKOH/g，镍含量≤25mg/g，钒含量≤20mg/g， 残碳质量百分含量≤5，水体积百分含量≤0.5，膨胀石墨的膨胀体积为200ml/g，吸油倍率 为70g/g；

②膨胀石墨吸附原油达饱和的过程控制：

往3000ml的烧杯中加入1500g渤海商品交易所中质含硫原油和1000g蒸馏水，用玻 璃棒混合搅拌25min，配制成均匀分散的油水混合溶液；之后将18g膨胀石墨置于油水混 合溶液中，用玻璃棒连续搅拌油水混合溶液，1h后停止搅拌并将其静置24h，即得到了吸 附原油达饱和的膨胀石墨；

③吸附原油饱和的膨胀石墨的预处理：

将吸附原油达饱和的膨胀石墨过滤，利用机械方式挤压膨胀石墨，挤出其吸附的原油， 挤压压力5MPa，挤压时间为80min；直至不再有原油被挤出时，用1000g蒸馏水分三次 洗涤挤压后的膨胀石墨，然后将用蒸馏水清洗后的膨胀石墨置于烘箱中烘干处理，烘干温 度为190℃，烘干时间为44h；之后用研钵将干燥后的膨胀石墨研磨成细小粉状颗粒，并 将研磨后的膨胀石墨粉状颗粒用200目筛网筛分，收集过筛物，得到平均粒径为75μm的 膨胀石墨粉末；

(2)吸附原油饱和的膨胀石墨废弃物的化学改性处理：

①所用原料：

吸附原油达饱和的膨胀石墨废弃物的化学改性处理所用原料包括步骤(1)制备的膨胀 石墨粉末、分析纯级无水乙醇、蒸馏水以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷；

②3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液的配制：

将8g蒸馏水和72g无水乙醇加入到500ml的烧杯中，利用玻璃棒混合搅拌均匀，然 后再往烧杯中加入20g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，保持烧杯中溶液温度为30℃，同时对溶 液进行磁力搅拌，溶液磁力搅拌2h后，即制得3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液；

③膨胀石墨的化学改性处理：

将100g蒸馏水和18g步骤(1)制备的膨胀石墨粉末加入到三口烧瓶中，超声搅拌30 min，超声波功率为200W，超声波频率为40KHz，超声处理时间为20min；然后用滴管 将5g3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液逐滴加入到上述溶液中，水浴控制溶液的温度为 70℃，在此温度下缓慢磁力搅拌混合溶液；待混合溶液缓慢搅拌1h后，对混合溶液进行 过滤，收集膨胀石墨粉末，并用蒸馏水将膨胀石墨粉末洗涤干净；待膨胀石墨粉末洗涤干 净后，将其置于60℃真空烘箱中干燥24h，即得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改 性处理的膨胀石墨粉末；

(3)膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备：

①所用原料：

膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备所用原料包括步骤(2)制备的3-氨基 丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨粉末、聚醚砜粉末、玻璃纤维、聚四氟 乙烯粉末和青铜粉；其中，聚醚砜粉末的平均粒径为40μm；玻璃纤维为高硅氧玻璃纤维， 其所含二氧化硅的质量百分含量为97％、氧化钠的质量百分含量为2％、三氧化二硼的质 量百分含量为1％，玻璃纤维的平均直径为15μm，纤维长度为0.5mm；聚四氟乙烯粉末的 平均粒径为20μm；青铜粉为铜锡合金，其平均粒径为200μm，其所含铜的质量百分含量 为85％、锡的质量百分含量为7％、锌的质量百分含量为5％，铅的质量百分含量为3％；上 述各原料用量有如下质量比例关系：聚醚砜：3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理 的膨胀石墨：玻璃纤维：聚四氟乙烯：青铜粉＝72：18：3.1：6：0.9；

②膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料混合溶液的制备：

a、首先将步骤(2)制备的18g3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀 石墨粉末加入到盛有100g无水乙醇溶液的烧杯中，水浴控制溶液温度为50℃，超声振荡 处理70min，超声波功率为200W，超声波频率为40KHz，使膨胀石墨粉末在无水乙醇溶 液中分散均匀，得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨混合溶液；

b、然后将72g聚醚砜粉末加入到上述制备的膨胀石墨和乙醇的混合溶液中，水浴控制 混合溶液温度为65℃，磁力搅拌3h，使聚醚砜粉末在膨胀石墨和乙醇的混合溶液中均匀 分散，即制得3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨-聚醚砜-乙醇混合溶 液；

c、之后将3.1g的玻璃纤维加入到上述制备的膨胀石墨-聚醚砜-乙醇混合溶液中，水浴 控制混合溶液温度为55℃，磁力搅拌50min，然后再将6g聚四氟乙烯粉末和0.9g的青 铜粉依次加入到上述混合溶液中，超声振荡55min，保证各组分在混合溶液中均匀分散， 即得到了制备膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料所用的混合溶液；

③膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末的干燥处理：

将上述膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料制备所用的混合溶液过滤，收集过滤截 留的固体粉末，用1000g蒸馏水分三次洗涤收集的固体粉末，之后将固体粉末放入100℃ 真空烘箱中干燥处理24h，即制得膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末；

④膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的真空热模压成型：

a、首先将上述制备的膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末装入真空热压烧结 机的模具中预压成型，对其施加25MPa的压力，压力保持时间为20min，烧结机炉腔温度 保持在25℃；在整个预压成型过程中，真空热压烧结机炉腔的真空度保持在20Pa；

b、然后对膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末进行真空热模压成型处理，将 热压成型压力由25MPa降低到12MPa，并使其在整个热压成型过程中保持不变，热压成 型温度首先将烧结机炉腔温度由25℃缓慢升高至360℃，升温时间为170min，待温度升 高到360℃时，在此温度下保温50min；50min后将烧结机炉腔温度由360℃降至220℃， 降温时间为65min；当温度降至220℃时，在此温度下保温30min，之后使炉腔温度自然 冷却至室温；

c、待炉腔温度自然冷却至室温后，卸压开模，取出热压成型的膨胀石墨-玻璃纤维-聚 醚砜密封复合材料，对其进行修整并去除毛刺，使其表面光滑平整，即得到膨胀石墨-玻璃 纤维-聚醚砜密封复合材料。

实施例4

(1)吸油饱和后的膨胀石墨废弃物的预处理：

①所用原料：

吸油饱和后的膨胀石墨废弃物的预处理所用原料包括渤海商品交易所中质含硫原油、 蒸馏水和膨胀石墨，其中渤海商品交易所中质含硫原油的主要质量标准如下：原油重度≥ 27，硫质量百分含量≤1.50，酸值≤1.9mgKOH/g，镍含量≤25mg/g，钒含量≤20mg/g， 残碳质量百分含量≤5，水体积百分含量≤0.5，膨胀石墨的膨胀体积为200ml/g，吸油倍率 为70g/g；

②膨胀石墨吸附原油达饱和的过程控制：

往3000ml的烧杯中加入1500g渤海商品交易所中质含硫原油和1000g蒸馏水，用玻 璃棒混合搅拌30min，配制成均匀分散的油水混合溶液；之后将20g膨胀石墨置于油水混 合溶液中，用玻璃棒连续搅拌油水混合溶液，1h后停止搅拌并将其静置24h，即得到了吸 附原油达饱和的膨胀石墨；

③吸附原油饱和的膨胀石墨的预处理：

将吸附原油达饱和的膨胀石墨过滤，利用机械方式挤压膨胀石墨，挤出其吸附的原油， 挤压压力5MPa，挤压时间为90min；直至不再有原油被挤出时，用1000g蒸馏水分三次 洗涤挤压后的膨胀石墨，然后将用蒸馏水清洗后的膨胀石墨置于烘箱中烘干处理，烘干温 度为200℃，烘干时间为48h；之后用研钵将干燥后的膨胀石墨研磨成细小粉状颗粒，并 将研磨后的膨胀石墨粉状颗粒用200目筛网筛分，收集过筛物，得到平均粒径为75μm的 膨胀石墨粉末；

(2)吸附原油饱和的膨胀石墨废弃物的化学改性处理：

①所用原料：

吸附原油达饱和的膨胀石墨废弃物的化学改性处理所用原料包括步骤(1)制备的膨胀 石墨粉末、分析纯级无水乙醇、蒸馏水以及3-氨基丙基三乙氧基硅烷；

②3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液的配制：

将8g蒸馏水和72g无水乙醇加入到500ml的烧杯中，利用玻璃棒混合搅拌均匀，然 后再往烧杯中加入20g3-氨基丙基三乙氧基硅烷，保持烧杯中溶液温度为35℃，同时对溶 液进行磁力搅拌，溶液磁力搅拌2h后，即制得3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液；

③膨胀石墨的化学改性处理：

将100g蒸馏水和20g步骤(1)制备的膨胀石墨粉末加入到三口烧瓶中，超声搅拌30 min，超声波功率为200W，超声波频率为40KHz，超声处理时间为25min；然后用滴管 将5g3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液逐滴加入到上述溶液中，水浴控制溶液的温度为 70℃，在此温度下缓慢磁力搅拌混合溶液；待混合溶液缓慢搅拌1h后，对混合溶液进行 过滤，收集膨胀石墨粉末，并用蒸馏水将膨胀石墨粉末洗涤干净；待膨胀石墨粉末洗涤干 净后，将其置于60℃真空烘箱中干燥24h，即得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改 性处理的膨胀石墨粉末；

(3)膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备：

①所用原料：

膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的制备所用原料包括步骤(2)制备的3-氨基 丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨粉末、聚醚砜粉末、玻璃纤维、聚四氟 乙烯粉末和青铜粉；其中，聚醚砜粉末的平均粒径为40μm；玻璃纤维为高硅氧玻璃纤维， 其所含二氧化硅的质量百分含量为97％、氧化钠的质量百分含量为2％、三氧化二硼的质 量百分含量为1％，玻璃纤维的平均直径为15μm，纤维长度为0.5mm；聚四氟乙烯粉末的 平均粒径为20μm；青铜粉为铜锡合金，其平均粒径为200μm，其所含铜的质量百分含量 为85％、锡的质量百分含量为7％、锌的质量百分含量为5％，铅的质量百分含量为3％；上 述各原料用量有如下质量比例关系：聚醚砜：3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理 的膨胀石墨：玻璃纤维：聚四氟乙烯：青铜粉＝70：20：3.3：5.5：1.2；

②膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料混合溶液的制备：

a、首先将步骤(2)制备的20g3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀 石墨粉末加入到盛有100g无水乙醇溶液的烧杯中，水浴控制溶液温度为55℃，超声振荡 处理80min，超声波功率为200W，超声波频率为40KHz，使膨胀石墨粉末在无水乙醇溶 液中分散均匀，得到3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨混合溶液；

b、然后将70g聚醚砜粉末加入到上述制备的膨胀石墨和无水乙醇的混合溶液中，水浴 控制混合溶液温度为70℃，磁力搅拌3.5h，使聚醚砜粉末在膨胀石墨和无水乙醇的混合 溶液中均匀分散，即制得3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂化学改性处理的膨胀石墨-聚醚砜 -乙醇混合溶液；

c、之后将3.3g的玻璃纤维加入到上述制备的膨胀石墨-聚醚砜-乙醇混合溶液中，水浴 控制混合溶液温度为60℃，磁力搅拌60min，然后再将5.5g聚四氟乙烯粉末和1.2g的青 铜粉依次加入到上述混合溶液中，超声振荡60min，保证各组分在混合溶液中均匀分散， 即得到了制备膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料所用的混合溶液；

③膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末的干燥处理：

将上述膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料制备所用的混合溶液过滤，收集过滤截 留的固体粉末，用1000g蒸馏水分三次洗涤收集的固体粉末，之后将固体粉末放入100℃ 真空烘箱中干燥处理24h，即制得膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末；

④膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料的真空热模压成型：

a、首先将上述制备的膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末装入真空热压烧结 机的模具中预压成型，对其施加26MPa的压力，压力保持时间为25min，烧结机炉腔温度 保持在25℃；在整个预压成型过程中，真空热压烧结机炉腔的真空度保持在20Pa；

b、然后对膨胀石墨-玻璃纤维-聚醚砜密封复合材料粉末进行真空热模压成型处理，将 热压成型压力由26MPa降低到13MPa，并使其在整个热压成型过程中保持不变，热压成 型温度首先将烧结机炉腔温度由25℃缓慢升高至370℃，升温时间为180min，待温度升 高到370℃时，在此温度下保温60min；60min后将烧结机炉腔温度由370℃降至220℃， 降温时间为70min；当温度降至220℃时，在此温度下保温35min，之后使炉腔温度自然 冷却至室温；

c、待炉腔温度自然冷却至室温后，卸压开模，取出热压成型的膨胀石墨-玻璃纤维-聚 醚砜密封复合材料，对其进行修整并去除毛刺，使其表面光滑平整，即得到膨胀石墨-玻璃 纤维-聚醚砜密封复合材料。