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膨胀石墨的应用领域及特性

来源:   作者:    发布时间: 2018-05-19   浏览:

1、膨胀石墨性质

膨胀石墨材料又称柔性石墨材料,是一种利用物理或化学的方法使非碳质反应物插入石墨层间,与炭素的六角网络平面结合的同时又保持了石墨层状结构的晶体化合物。它不仅保持石墨耐高温、耐腐蚀、能承受中子流、x射线、γ射线的长期辐照,磨擦系数低,自润滑性好,导电导热、并呈各向异性等优异的理化性质,而且由于插入物质与石墨层的相互作用而呈现出原有石墨及插层物质不具备的新性能,克服了天然石墨脆性及抗冲击很差的缺点。插有层间化合物的石墨在遇到高温时,层间化合物将分解,产生一种沿石墨层间C轴方向的推力,这个推力远大于石墨粒子的层间结合力,在这个推力的作用下石墨层间被推开,从而使石墨粒子沿C轴方向高倍地膨胀,形成蠕虫状的膨胀石墨。石墨层与层之间可“嵌”入化学物质而具有可膨胀性。如可采用硫酸处理石墨,干燥后石墨在高温下膨胀,这是由于硫酸分子“嵌”入石墨层所致。膨胀石墨薄片的膨胀特性不同于其他膨胀剂,受热达到一定温度时,由于吸留在层间点阵中化合物分解,膨胀石墨便开始膨胀,称为起始膨胀温度,在1000℃时膨胀完全,达到最大体积。膨胀体积可以达到初始时的200倍以上。因膨胀石墨元件具有非常优异的压缩回弹性、自粘性、自润滑性、低密度等特性,广泛应用于石油、化工、机械、冶金、电力、轻纺、仪表、电子、核工业、宇航、军工、医药、交通等诸多领域中。

2、 膨胀石墨的应用

2.1 密封材料

我国柔性石墨密封件的研制有着得天独厚的条件,其原料鳞片石墨的储量和品质均占世界第一。膨胀石墨又称柔性石墨,是以鳞片石墨为原料经过特殊加工而成,是当今工程行业密封的首选材料,用它制作的石墨板材、密封元件被广泛用于宇航机械电子核能石化电力船舶冶炼等行业。它具有质轻、导电、导热、耐高温、耐酸碱腐蚀、回弹性好、润滑性、可塑性和化学稳定性等优良特性,被誉为世界“密封之王”。

石墨密封件产品主要分两类:软密封件和硬密封件。软密封件也叫柔性石墨密封件,是用磷片石墨经化学处理、高温膨胀获得“石墨蠕虫”,然后进一步加工成密封件。其主要品种有膨胀石墨盘根、膨胀石墨填料环、膨胀石墨金属缠绕垫、膨胀石墨金属复合高强垫片、膨胀石墨金属复合高强板、浸渍碳纤维- 膨胀石墨复合盘根。硬密封件是用多孔石墨浸渍树脂或金属,再加工成旋转密封件或机械密封的动环和静环。此外,石墨与高分子有机化合物相结合,可制成特种密封件。例如,与聚氨酯弹性体结合,可用于油田抽油机密封圈;与聚四氟乙烯结合,可用于新型柱塞阀的上下密封圈。

2. 4 高能电池材料

膨胀石墨作为电池材料,是利用膨胀石墨层间反应的自由能变化转变成电能。通常以膨胀石墨作为阴极,以锂为阳极,或以膨胀石墨复合氧化银作为阴极,锌为阳极。目前,氟化石墨、石墨酸及氯化金和氟化钛等金属卤化物的膨胀石墨已应用到电池中。

2.5 阻燃防火

2.5.1防火密封条

由于可膨胀石墨的可膨胀性及其耐高温性,使得膨胀石墨成为优良的密封材料,在防火密封条上广泛使用。可膨胀石墨在该应用领域目前主要有两种形式:第一种是将可膨胀石墨材料与橡胶材料、无机阻燃剂、促进剂、硫化剂、补强剂、填料等混炼、硫化、成型,制成各种规格的膨胀密封胶条,主要用于防火门、防火玻璃窗等场合。这种膨胀密封条能够在常温和火灾中由始至终起到阻隔烟气流动的作用。另一种是以玻纤带为载体,将可膨胀石墨用某种粘合剂粘合在载体上,这种粘合剂在高温时形成的炭化物所提供的抗剪切力能够有效阻止石墨的滑动。它主要用于防火门,但其不能在常温或低温时,有效阻隔冷烟气的流动,所以必须与常温密封剂配合使用。

2.5.2 塑料材料的阻燃

可膨胀石墨是塑料材料良好的阻燃剂,其具有无卤、无毒、无污染等特点,单独使用或与其它阻燃剂混合使用都可达到理想的阻燃效果。可膨胀石墨在达到同样阻燃效果时,用量远小于普通阻燃剂。其作用原理是:在高温时,可膨胀石墨急剧膨胀,窒息了火焰,同时其生成的石墨膨体材料覆盖在基材表面,隔绝了热能辐射和氧的接触;其夹层内部的酸根在膨胀时释放出来,也促进了基材的炭化,从而通过多种阻燃方式达到良好的效果。目前,膨胀石墨已经大量用于阻燃聚氨酯、阻燃聚烯烃、阻燃橡胶、阻燃聚苯烯塑料、阻燃碳酸酯齐聚物、阻燃沥青及阻燃电缆等方面。