Терморасширенный графит что такое
Терморасширенный графит и изделия из него
Заказать
Графит терморасширенный от производителя из наличия со склада, оперативная доставка по России и СНГ, онлайн-заказ. Скидки на терморасширенный графит постоянным закупщикам.
Применение: ТРГ хорошо зарекомендовал себя при высоких температурах. Рекомендуется для работы на теплоносители и деминерализованную воду.
Терморасширенный графит не горюч, не поддерживает горение, невзрывоопасен, не токсичен.
Этапы производства терморасширенного графита
Сравнительные физико-механические характеристики
до +3000 в вакууме или инертной среде
Упругие деформации >15%
Графит сальниковый от компании «ГрафитСервис». Мы предлагаем поставки графита сальникового в любых объемах, как по всей России, так и в страны СНГ. На такой графит имеются сертификаты качества. Качественно выполненный графит сальниковый с доставкой от компании «ГрафитСервис».
Отличительной особенностью терморасширенного графита является его пластичность, позволяющая формировать изделия из него без связующих веществ. Терморасширенный графит используется для изготовления различных уплотнителей: сальниковая набивка графитовая, сальниковые кольца, графитовая фольга, фланцевые прокладки и др. Также сальниковый графит придает уплотнительным изделиям непроницаемость для газов и жидкостей. Причем уплотнительные изделия из него оказывают минимальное воздействие на рабочие поверхности, экологически безопасны и не имеют ограничений по использованию в бытовых условиях, долговечнее и дешевле традиционных.
Терморасширенный графит
Терморасширенный графит изготавливается из природного чешуйчатого графита. Основные месторождения находятся в Китае, Мадагаскаре, Канаде, Бразилии и России. От свойств природного графита, например, размера чешуек, зависит качество терморасширенного графита.
Терморасширенный графит был разработан компанией UCAR Carbon Co. Inc более 30 лет назад. Прочитать об этом можно здесь (на английском языке) http://www.usseal.com/pdf/whatisGrafoil.pdf. Ниже приводится полный перевод статьи:
Что такое терморасширенный графит?
Терморасширенный графит – это особый листовой материал с высокой температурной и химической устойчивостью, присущими графиту, и добавившимися качествами гибкости, сжимаемости, прилегаемости и упругости. Эти качества отличают терморасширенный графит от других видов углерода и графита, делая его превосходным материалом для производства высококачественных сальниковых набивок и уплотнительных материалов. Благодаря своим уникальным свойствам, сальниковые набивки и уплотнения из терморасширенного графита особенно хороши для уплотнения высокотемпературных и коррозионных жидких сред. Терморасшироенный графит широко применяется в качестве замены асбестосодержащим сальниковым набивкам и уплотнениям. В течении долгого времени терморасширенный графит считается одним из наиболее надёжных и безопасных материалов для решения практически всех задач по герметизации жидких и газообразных сред. Сальниковые набивки и уплотнения из терморасширенного графита подтвердили свою пожаробезопасность в условиях применения высоколетучих жидкостей и чрезвычайно высоких температур.
Терморасширенный графит был разработан 30 лет назад специалистами компании Graftech Inc., и производится на заводе компании в Кливленде, Огайо по технологии, не включающей органические или неорганические связующие, наполнители или другие легко выделяющиеся вещества. Технологический процесс начинается химической обработкой высококачественного чешуйчатого графита, обычно смесью минеральных кислот, для образования многослойных и междуслойных соединений атомов углерода. Затем эту прослойку, или межслойное соединение, быстро подогревают для расслоения, в результате чего происходит более чем 200 кратное увеличение толщины первоначального «сырого» чешуйчатого материала.
Процесс расширения, или расслоения, приводит к образованию червеподобной, или червеобразной, структуры с высокоактивной, разветвлённой шероховатой поверхностью, легко формируемой в листы методом формования (штамповки), либо методом проката. Поскольку формование происходит только лишь за счёт механического сцепления червеобразных чешуек, образующиеся листы состоят из чистого графита с массовой долей элементарного углерода выше 98%, образующего высокоструктурную решётку.
Этот запатентованный способ производства придаёт листу из терморасширенного графита качества, необходимые уплотняющему материалу: гибкость, прочность на сжатие и растяжение, низкую «текучесть» под нагрузкой, пожаробезопасность, превосходную герметичность.
Использование терморасширенного графита в пожарной технике
Технические науки
Похожие материалы
Терморасширенный графит — специфический материал со свойствами, присущими графиту, одной стороны, и с дополнительными свойствами, отличными от электрографита или графитоугольных композиций, применяемых, например, в торцовых уплотнениях. Если добавить к основным свойствам графита упругость и сжимаемость, то вы получите представление о терморасширенном графите. Но, конечно, в первую очередь, терморасширенный графит применяется не как конструкционный материал, а как материал для изготовления фланцевых эластичных прокладок, спирально-навитых прокладок, сальниковой набивки с превосходными характеристиками.
Терморасширенный графит, или сокращённо ТРГ, является модификацией обычного природного графита, и по химическому составу представляет собой чистый углерод, содержащий незначительные примеси. Количество примесей определяет качество ТРГ, чем их меньше, тем выше качество материала. Терморасширенный графит нашёл широкое применение в промышленности, энергетике и в уплотнительной технике благодаря уникальному комплексу эксплуатационных характеристик, основными из которых являются упругость, химическая инертность, высокая термостойкость и термостабильность, технологичность. Также терморасширенному графиту присущи уникальные антифрикционные и электротехнические свойства. На сегодняшний день сложно найти материал, обладающий такими параметрами, что и делает ТРГ незаменимым во многих областях.
Интенсивные исследования по разработке, изучению и совершенствованию технологических процессов промышленного получения интеркалированного графита (ИГ) начались в 60-е годы ХХ века. Одной из причин, инициировавших эти исследования, было стремление синтезировать слоистое соединение графита, обладающее высокотемпературной («теплой») сверхпроводимостью. Однако основной причиной повышенного интереса к ИГ было обнаружение его способности к термоинициированному вспучиванию (термическому расширению) с образованием ТРГ. Именно возможность получения ТРГ с определенными физико-химическими свойствами, позволяющими изготавливать из него жаростойкие и химически инертные изделия (гибкую графитовую фольгу и уплотнения на ее основе) вызвало промышленное освоение технологий синтеза ИГ и получения ТРГ.
Некоторые виды уплотнений (набивки, многослойные прокладки и др.) изготавливают с применением связующих и армирующих элементов (металлических, полимерных и др.), а также модифицирующих элементов (ингибиторов коррозии или окисления, антиадгезионных добавок и покрытий и др.).
Основным применением терморасширенного графита является производство фольги ТРГ и графитового прокладочного материала, а также графитовых уплотнений на их основе, таких как уплотнительные прокладки разных типов, сальниковые кольца, плетеные набивки и др. Существуют данные о применении ТРГ и материалов из него в качестве: теплоизоляционных материалов (тепловых экранов вакуумных печей и др.); наполнителя термопластичных и термореактивных полимеров (полиамидов, полиэфиров, полиэтилена, полипропилена) при изготовлении композитов с низким или анизотропным электросопротивлением (обивочных материалов, свободных от статического электричества; материалов для защиты от электромагнитных излучений); составляющей пластичных антифрикционных смазок, работоспособных в широком интервале температур и нагрузок в течение длительного времени; углеродной компоненты при реакционном спекании керамики на основе карбида кремния; носителя катализатора; сорбента для сбора минеральных масел и нефти, в т.ч. в случае аварийных разливов на поверхности воды; мембран (в виде самопрессованного упрочненного ТРГ); фильтров (в виде низкоплотных матов из ТРГ); резьбовых лент и т.д.
Уникальное сочетание эксплуатационных свойств терморасширенного графита (ТРГ), таких как широкий диапазон рабочих температур, высокая химическая стойкость, прекрасная уплотняющая способность, способствуют устойчивому росту потребления уплотнений на его основе многими отраслями промышленности.
В процессе производства используется только природный кристаллический графит, отличающийся очень высокой чистотой. Процесс производства изделий из ТРГ включает в себя несколько стадий, после каждой из которых возможно получение материалов с новым комплексом свойств.
Прокладки уплотнительные из терморасширенного графита (ПУТГ) предназначены для герметизации стандартных типов сопрягаемых поверхностей (гладких, «выступ-впадина», «шип-паз, а также для уплотнения соединений (узлов) иного рода с конструкцией арматуры, трубопроводов, сосудов, аппаратов, насосов и другого оборудования, используемого в химической, нефтеперерабатывающей, энергетической, авиационной и других отраслях промышленности в различных средах.
В зависимости от типа конструкции прокладок и фланцевых соединений, а также от свойств эксплуатационной среды рабочая температура может находиться в пределах (-240) ÷(+800) °С, рабочее давление может составлять величину до 40 МПа.
Утилизация прокладок после эксплуатации может производиться вместе с бытовыми отходами. Прокладки, соприкасавшиеся в процессе эксплуатации с агрессивными или токсичными средами, должны быть перед утилизацией обезврежены по специальной методике, разрабатываемой заказчиком.
Терморасширенный графит (ТРГ, ТМГ), композиции. Свойства. Применение. Производство.
Терморасширенный графит (ТРГ, ТМГ), композиции. Свойства. Применение. Производство.
Терморасширенный графит (ТРГ) – полностью графитовый материал, не содержащий смол и неорганических наполнителей. Он не плавится, однако подвержен возгону при температурах выше 3300 °С. Дополнительно к материалу для плоских прокладок ТРГ также является прекрасным материалом для сальниковых набивок и наполнителем в спирально-навитых прокладках. ГОСТов нет – материал относительно новый. Заменитель материалов, содержащих асбест (набивки на основе асбеста, паронита, металлоасбестовые прокладки и т. п.)
Применение: Уплотнение узлов трения трубопроводной регулирующей и запорной энергетической арматуры и арматуры общепромышленного назначения, центробежных и вихревых насосов, межфланцевые прокладки для трубопроводной арматуры, насосных агрегатов, трубопроводов, сосудов высокого давления и т. д. Терморасширенный графит хорош при высоких температурах. Стойкое уплотнение для перегретого водяного пара. Рекомендуется для использования на теплоносители и деминерализованную воду.
Стандартная чистота: 98-99,5%, в атомной промышленности применяется ультрачистый от 99,8%.
Ограничения по давлению: до 40 МПа (400 кг/см 2 ).
Упругая деформация: до 15%, у армированного ниже.
Сжимаемость: 30-60%, у армированного ниже.
Прочность на растяжение вдоль направления прокатки, МПа: 4,0-8,0.
Содержание ионов хлора: 10-50 ppm
Химическая стойкость: Не применяется на фторе, хлоре, броме, сильных кислотах, отбеливающих растворах, шламах и щелоках в варке целлюлозы, царской водке, хромовой кислоте, соединениях, содержащих ион хрома VI валентности, растворах щелочных, щелочноземельных материалов, жидком аммиаке, расплавах солей алюминия и некоторых других средах. Вцелом, очень химически стойкий материал.
Коррозионная активность: Разность потенциалов стали и графита определяет наличие коррозии. Устраняется использованием ингибиторов коррозии как в месте установки, так и в виде присадок при производстве ТРГ.
pH водной вытяжки: ≥7,0
Пожароопасность: Негорюч, невзрывоопасен, не поддерживает горение.
Токсичность: Нетоксичен.
Срок хранения: 10 лет.
Коэффициент трения по стали: 0,8-0,12
Теплопроводность вдоль листа: 130-200 Вт/(м*К), у армированного металлом выше.
Теплопроводность поперек листа: 3-5 Вт/(м*К), у армированного металлом выше.
Требования к обработке уплотняемых поверхностей:
Набивка (сальник):
1. Шероховатость штока должна быть не хуже 0,32;
2. Обеспечить зазоры между штоком и корпусом (грундбуксой) и грундбуксой и корпусом по Н11/d11 и отсутствии фасок на рабочих поверхностях сальниковой камеры корпуса и грундбуксы;
3. При невозможности обеспечить указанные зазоры и геометрию частей арматуры рекомендуется применять композиции ТРГ+Фторопласт или другие.
Фланцевое соединение: Никаких специальных требований, предъявляемых к фланцам, уплотняемых ТРГ нет.
Терморасширенный графит, свойства, области применения
3. Терморасширенный графит, свойства, области применения
Общий принцип, заложенный в основу различных методов получения ТРГ, заключается во внедрении в межслоевые пространства графита веществ или соединений, которые при быстром нагреве либо сами переходят в газообразное состояние, либо продукты их распада являются газами [19,20]. Прямому термоудару может подвергаться интеркалированный графит (ИГ) с солями, например, C6FeCl3 [21]. При образовании токсичных продуктов или для получения ТРГ повышенной чистоты, ИГ предварительно до термообработки (ТО) гидролизуется. Так в ИГ с кислотами в результате гидролиза происходит полная замена интеркалата (внедренного слоя) на гидроксил-ионы и воду [22]:
Механизм преобразования ИГ в пенографит еще недостаточно понятен. Авторы [23] предполагают, что после быстрого удаления некоторого количества внедренных частиц из межслоевого пространства графитовой матрицы, углеродные сетки обрушиваются, разрушая соседние плоскости. Размер зерен исходного графита должен быть >75 мкм с размерами кристаллов не менее 75 нм. Подобные данные приводятся и в работе [24].
Процесс терморасширения графита представляется как фазовый переход, вызванный выходом интеркалирующего агента из ИГ. Степень вспенивания зависит от условий синтеза и состава полученного ИГ, а также от структуры и размеров частиц исходного углеродного сырья.
Согласно [25], первоначально при расширении происходит расщепление кристаллитов вдоль оси «С» на тонкие пачки-ленты из небольшого числа атомных плоскостей с одновременной их деформацией, в результате чего образуется объемная складчатая структура. Движущей силой данного процесса является стремление частиц к минимизации поверхности при данном объеме. Возникающие при этом червеобразные и цилиндрические формы частиц представляют собой закрытую поверхность, внутри которой, по-видимому, содержатся остаточные продукты разложения (рис.1). Авторы [25] морфологию пенографита образно представляют в виде произвольно скрученных тонких листов бумаги. Они также констатируют, что при термообработке происходит уменьшение размеров кристаллитов по оси «С» и снижение степени кристаллического порядка. В работе [26] отмечается, что размеры кристаллитов по оси «С» практически не изменяются.
Червеобразная форма частиц пенографита объясняется разворотом плоских углеродных сеток, расклиниваемых по торцевой поверхности кристаллита поверхностными группами. Влияние структуры исходного графита на процесс последующего терморасширения обсуждается в работах [24,27], в которых показано, что наличие дефектов и снижение степени упорядоченности вдоль оси «С» уменьшают степень вспенивания.
В настоящее время подавляющую долю (до 50 тыс.т/год) ТРГ перерабатывают в гибкую графитовую фольгу и прессованные изделия. Фольгу получают прокаткой на системе вальцов в одном цикле с ТО без введения связующего. Сцепление между частицами ТРГ и гибкость фольги обеспечивает разветвленная пенообразная структура. В результате получают рулонные материалы толщиной 0,15¸1,5мм, плотностью 0,7¸1,2г/см3, прочностью на растяжение 4¸7МПа и удельным электросопротивлением 0,3¸0,7×10-4Ом×м [28]. Спектр применения фольги и прессованных изделий из ТРГ чрезвычайно широк. Благодаря высокой инертности к агрессивным средам, термостабильности в сочетании с упругостью и пластичностью углеродные материалы на основе ТРГ повсеместно вытесняют такие традиционные уплотнительные и прокладочные материалы как асбест, поронит, фторопласт, медь, свинец. Особенно эффективно их применение в химическом, нефтегазовом машиностроении [29], в топливно-энергетическом комплексе [30,31], коммунальном хозяйстве. Они обеспечивают снижение аварийности, затрат на ремонт оборудования, экологическую безопасность.
Особое применение, находят композиты, в состав которых входит интеркалированный графит. Процесс его терморасширения под воздействием открытого пламени или нагрева приводит к образованию негорючего термоизоляционного покрытия с одновременным выделением СО и СО2, что замедляет и подавляет процесс горения. Подобные композиты в виде рулонных материалов, паст, красок получили название активных огнезащитных материалов [32,33]. Выпускаемые в настоящее время отечественные материалы (НПО ²УНИХИМТЕК²) используются для защиты электрических кабелей, создания противопожарных дверей и перегородок, огнезащиты строительных конструкций.
Весьма многообразные области применения ТРГ и материалов на его основе, уникальное сочетание свойств изделий, возрастающий спрос потребителей стимулируют развитие технологии производства и переработки интеркалированного графита. Сейчас интеркалированный графит промышленно получают преимущественно по химической технологии, окисляя углеродное сырье в концентрированных серной или азотной кислотах. Для этого в H2SO4 вводят дополнительно окислитель (K2Cr2O7, HNO3, KMnO7, H2O2 и др.), в азотной кислоте на процесс окисления графитовой матрицы тратится часть HNO3. В общем виде образование бисульфата (БГ) и нитрата графита (НГ) осуществляется по реакциям [22]:
где n-ступень внедрения интеркалированного соединения; n=1; 2; 3; … и соответствует количеству углеродных слоев между слоями интеркалата. Для получения БГ и НГ I ступени (максимальное заполнение) потенциал окислительной среды (кислота + окислитель) должен быть не менее 1,6В относительно нормального водородного электрода (нвэ), что возможно реализовать лишь в высококонцентрированных кислотах. Как следует из реакций (2, 3) процесс интеркалирования заключается в заряжении графитовой матрицы (C+24n) за счет поглощения электронов с углеродных сеток окислителем и электростатическим втягиванием анионов кислоты в межслоевые пространства для нейтрализации положительного заряда. За счет водородных связей с анионом совнедряется 2-3 молекулы кислоты.
Химический способ достаточно прост в технологическом плане и приборном оформлении [34].
Высококачественные вспучивающиеся соединения интеркалирования графита.
Одним из наиболее интересных свойств соединений интеркалирования графита (СИГ) является их способность в десятки и сотни раз увеличивать свой объем при нагревании (вспучивается) с образованием терморасщепленного или вспученного графита (ТРГ)
Традиционно это свойство использовалось для получения ТРГ и изделий из него. Однако существующая другая обширная область практического использования СИГ – производство вспучивающихся огнезащитных покрытий, красок, уплотнений, огнетушащих составов, огнезащищенных полимерных композиций, изолирующих составов и смесей [16]. При этом от СИГ требуется в течение длительного времени сохранять способность к вспучиванию, в том числе в состав композиционных материалов, и вспучиваться при термическом воздействии. В отличии от СИГ для производства терморасщепленного графита, к которым представляется единственное требование – обеспечить низкую плотность графитовой пены, использование в противопожарной обороне требует наличия у СИГ набора специфических свойств. Наиболее значимыми для них являются: высокая стабильность, в том числе в составе композиций и материалов; низкая температура начала вспучивания; высокий коэффициент вспучивания при относительно низкой температуре (500°С).
Соединения интеркалирования графита с таким набором свойств, названные нами высококачественными вспучивающимися графитами (ВКВГ), обеспечивают высокую огнетушащую и огнезащитную эффективность средств противопожарной обороны, особенно при относительно низкой температуре.
Уникальное сочетание эксплуатационных свойств терморасширенного графита (ТРГ), таких как широкий диапазон рабочих температур, высокая химическая стойкость, прекрасная уплотняющая способность, способствуют устойчивому росту потребления уплотнений на его основе многими отраслями промышленности.
Как известно, терморасширенный графит для изготовления графитовых уплотнений получают из природного графита через стадию синтеза интеркалированного графита (ИГ).
На основании информационного анализа, можно сделать вывод о том, что полимеры, в том числе и полиэтилен обладают уникальным комплексом свойств, не имеющих аналогов среди традиционных конструкционных материалов. В связи с этим, неуклонно растут темпы производства полимерных материалов и расширяются области их применения. Применение полимерных материалов имеет и негативную сторону, связанную с горючестью большинства полимеров. Поэтому во многих странах приняты стандарты, определяющие допустимый уровень горючести полимерных материалов, в таких отраслях как: транспортное машиностроение, электротехника, производство изделий бытового назначения, строительство. С помощью целенаправленного регулирования свойств полимеров, возможно получать материалы с заранее заданными свойствами, в том числе и пониженной горючестью. Работы по этому направлению ведутся давно, но в недостаточном количестве, т.к. это связано со сложностью поставленной задачи и необходимостью учитывать на только эффективность замедлителей горения, но и влияние используемых веществ на технологические, эксплуатационные свойства материалов, доступность замедлителей горения, экономические аспекты их производства и применения. Комплексное решение этих проблем в настоящее время на достигнуто, разработанные системы сложны и содержат добавки, оказывающие негативное влияние на физико-механические, теплофизические свойства и на окружающую среду.
Актуальность этой проблемы обусловлена наличием большого количества отходов химической и сельскохозяйственной промышленности, утилизация которых в настоящее время не проводится и использование которых в качестве наполнителей решает одновременно технологические и экологические проблемы.
Поэтому исследования в этой области являются актуальной задачей.
2. Исследовательская часть
2.1.1. Цель и задачи работы, объекты исследования
Целью работы является химическая модификация отходов сельскохозяйственного производства для создания на их основе материалов различного функционального назначения.