Использование терморасширенного графита в пожарной технике

№84-1,

Технические науки

В статье описаны перспективы применения терморасширенного графита в качестве материала для уплотнительных элементов деталей пожарной техники. Приведены сведения о применении, получении и некоторых эксплуатационных характеристиках графита.

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.

Как известно, терморасширенный графит для изготовления графитовых уплотнений получают из природного графита через стадию синтеза интеркалированного графита (ИГ). В процессе получения ТРГ не только сохраняет все ценные свойства графита, но и приобретает новые: такие, как чрезвычайно низкая насыпная плотность, более развитая поверхность, способность к формованию (прокатке, прессованию) без добавления связующего. Неармированные материалы и уплотнения из ТРГ устойчивы на воздухе до 500-550 °С, в среде водяного пара — до 650 °С, в инертной атмосфере и вакууме — до 3000 °С; выдерживают термоудары, а также низкие температуры вплоть до -240 °С. Эти материалы химически устойчивы, хорошо проводят тепло и электричество.

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.

  1. Широкий диапазон рабочих температур:
  2. Высокая механическая стойкость при термоциклировании;
  3. Прекрасные антифрикционные свойства;
  4. Широкий диапазон рабочих давлений;
  5. Хорошая химическая стойкость в различных средах;
  6. Высокие уплотняющие качества:

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.

Толщина прокладок для фланцев арматуры и соединительных частей трубопроводов согласно ГОСТ 12815 должна быть 3 мм, для фланцев сосудов и аппаратов должна быть 4,6 мм. Плотность графитовой составляющей прокладок должна быть 0,8 ÷ 1,5 г/см3.

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.

Список литературы

  1. Калашникова М.Ю. Дериватографическое исследование изделий из терморасширенного графита // Вестник ПГТУ. Проблемы современных материалов и технологий. Пермь, 2001. Вып. № 7. – С. 82 – 91.
  2. Уплотнения из терморасширенного графита: условия безопасного применения в среде жидкого и газообразного кислорода / М.Ю. Белова, О.Ю. Исаев, А.С. Розовский, В.М. Смирнов // Арматуростроение. 2006. – № 2 (41). – С. 70 – 75.
  3. Белова, М.Ю. От «черного мела» к уплотнениям из ТРГ / М.Ю. Белова // Материалы в арматуростроении, 2008. – № 1(52). – С. 42 – 49.