По химической стойкости к воздействию агрессивных сред графит находится в одной группе с благородными металлами. Существенным его недостатком считают повышенную пористость, достигающую 30% и выше. Из-за этого использование обычного искусственного или минерального графита в промышленном производстве ограничено. Отмеченного недостатка лишен пропитанный графит ‒ неметаллический коррозионностойкий композиционный материал, получаемый из графитного сырья. За рубежом встречается под другими названиями, в частности: игурит, токабата, карбойд.
Пропитанный графит - свойства и применение
Химически чистый графит (содержание углерода выше 99%) составляет основу неметаллических конструкционных материалов с особыми техническими свойствами. В зависимости от способа получения, его плотность может составлять от 1500 до 2000 кг/куб. м. К основным физико-химическим свойствам графита относят высокую теплопроводность в сочетании с устойчивостью к воздействию растворов щелочей, кислот, солей, окислителей, органических растворителей, радиации.
Плотные графитовые детали с низкопористой структурой и незначительной проницаемостью используют в установках химической, целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей промышленности, в узлах механизмов, работающих в тяжелых условиях, в ядерных установках. Высокопроницаемый пористый графит (20-35%) применяют в производстве фильтров, катодов, а также в качестве основы для получения различных видов композитного материала ‒ пропитанного графита.
Показатель |
Марки графита |
||||
---|---|---|---|---|---|
МНГ- О-ФФ |
МНГ- ФФ |
МНГП- ФФ |
ЭГ- ФФ |
ЭГП- ФФ |
|
Плотность, г/см3 (н.м.) |
1,75 |
1,75 |
1,8 |
1,75 |
1,89 |
Предел прочности на изгиб, МПа, (н.м.) |
15,7 |
15,2 |
20 |
14,7 |
22 |
Предел прочности при сжатии, МПа (н.м.) |
58,8 |
49 |
49 |
49 |
49 |
Размер зерна, мм (н. б.) |
4 |
4 |
4 |
- |
- |
Проницаемость по воздуху при давлении (н.м.) 0,2 МПа |
непроницаем |
По согласованию с заказчиком возможно применение материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Готовые блоки могут иметь квадратное или круглое сечение с размерами до 1000 мм и 950 мм соответственно.
Пропиточные материалы
Заполнение и пропитку графитовых пор осуществляют, чаще всего, с применением органических и, реже, неорганических материалов. К органическим относят полимеры (полихлорвинил, полистирол), а также некоторые виды синтетических смол, лаков:
- фурфуроловые;
- фенолоформальдегидные (бакелитовые);
- фенольные;
- дивинилацетиленовые.
Для придания повышенной стойкости пропиточных смол к агрессивным средам в их состав вводят модифицирующие добавки (до 20% от объема). К неорганическим пропиткам относят расплавленные соли, металлы и их соединения, стекло.
Технология пропитки
Пористый графитовый материал пропитывают в специальных автоклавах при повышенных значениях температуры и давления. Рабочие параметры среды при этом могут меняться в процессе пропитки по заданному алгоритму. Глубина пропитываемого слоя определяется свойствами применяемого пропиточного материала, условиями техпроцесса, величиной проницаемости обрабатываемой основы. По завершении процесса пропитанные графитовые детали подвергают термообработке.
Пропитка с термообработкой значительно увеличивает прочность графитовых деталей, а также их основные эксплуатационные свойства ‒надежность, долговечность. Кроме того, изделия из пропитанного графита приобретают важное техническое свойство ‒ непроницаемость для газов, жидкостей. Коэффициент их теплопроводности при этом практически не изменяется.
Применение
Важнейшие свойства, которыми обладает пропитанный графит ‒ химическая стойкость, непроницаемость, высокая теплопроводность и прочность ‒ определили его востребованность в промышленности. Инновационный композиционный материал используется, в частности, для таких производственных целей:
- Изготовление теплообменников различных типов, конструкции и назначения для отраслей химической промышленности.
- Изготовление элементов конструкции химических реакторов, агрегатов.
- Производство уплотняющих элементов для бессальниковых насосных агрегатов, перекачивающих агрессивные химические среды.
- Изготовление трубопроводной арматуры, подшипников скольжения, мешалок, лопастей, электродов, других технологических изделий специального назначения.
Следует отметить, что высокая теплопроводность композитного материала дополняется низким значением коэффициента теплового расширения ‒ в 4 раза меньшего, чем у металлических конструкций.