石墨填料又稱柔性石墨填料環(huán)，柔性石墨填料是將柔性石墨帶或柔性石墨編織填料 （盤根），經(jīng)模壓而制成不同尺寸的環(huán)。具有良好的回彈性、化學(xué)穩(wěn)定性，能提供有效的密封作用，使用安裝方便。應(yīng)用于泵、閥門、伸縮節(jié)等部位的密封，在石油、化工、儀器儀表、熱電、船舶、核電、航天等。

石墨填料環(huán)

　　石墨填料是由石墨帶材纏繞上不銹鋼絲網(wǎng)模壓而成的，表面再用潤滑劑，石墨粉和緩蝕劑處理而成，適用于石油、化工、發(fā)電等行業(yè)機(jī)械密封使用。　它可被用來密封蒸汽、熱水、熱油、石油、碳?xì)浠衔铩⒒瘜W(xué)、溶劑等。

　　石墨填料環(huán)由石墨帶壓制而成，無任何填充劑和粘接劑，純度大于98%。填料環(huán)標(biāo)準(zhǔn) 截面為方形，也可加 工成楔形或V形適用于高壓部位。

　　石墨填料環(huán)適合酸堿和溶劑等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)且不污染介質(zhì)；也用于高壓閥門，柱塞泵，攪拌器等介質(zhì)不能被污染的場所如食品、醫(yī)藥、造紙、化纖等行業(yè)。

　　我國是天然石墨資源第一大國（世界上2/3的儲量在我國） ，但關(guān)于膨脹石墨的研究要比國外晚許多。膨脹石墨是一種軟質(zhì)新型炭素材料，它是70年代首先由美國聯(lián)合碳化物公司開發(fā)應(yīng)用，于80年代初開始引入我國。

　　膨脹石墨除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤滑等優(yōu)良性能以外，還由于其特殊成型工藝及特殊的微觀組織，而具有天然石墨所沒有的柔軟、回彈性、低的應(yīng)力松弛率等。用于石油化工、電力、冶金、機(jī)械等行業(yè)的各種動、靜密封件，并表現(xiàn)出成本低，耗能少，壽命長，效果好等優(yōu)點。

　　1 制備方法

　　1.1原料：鱗片石墨

　　鱗片石墨蘊藏于天然石墨礦之中。有開采價值的石墨礦含碳量為4%-11%，局部含碳量可達(dá)25%。石墨礦石經(jīng)過粉碎，浮選精選可使鱗片石墨含碳量為78%-93%，經(jīng)過化學(xué)物理方法處理以后，可使含碳量達(dá)99%以上

　　1.2 制備方法

　　采用80~50目的大片鱗片石墨，進(jìn)行插層處理，形成石墨層間化合物，石墨插層物經(jīng)過水洗烘干，插入物大部分去除，形成可膨脹石墨。將其高溫（900°C-1100°C）快速加熱，使層間化合物分解，與此同時，石墨粒子沿層間方向迅速膨脹80-200倍，產(chǎn)生類似長條的蠕蟲狀物，即形成膨脹石墨

　　1.2.1石墨提純法

　　當(dāng)前石墨提純法主要有高溫提純法、氫氟酸提純法、酸堿提純法。

　　前兩種方法有許多缺點，高溫提純法能耗大，產(chǎn)量不高；而氫氟酸提純法污染嚴(yán)重，特別對操作工人健康危害大，也不宜推廣。只有酸堿提純法由于其產(chǎn)量大，純度高，易處理污染廢水而受到大力提倡

　　酸堿提純法原理：用堿（如氫氧化鈉）和酸（如鹽酸，硫酸，磷酸）與石墨中的雜質(zhì)反應(yīng)，形成溶于水的化合物，抽取，用清水反復(fù)洗滌以除去雜質(zhì)

　　1.2.2制備低硫可膨脹石墨

　　膨脹容積和含硫量是決定膨脹石墨質(zhì)量的兩個重要參數(shù)，一般而言，當(dāng)膨脹體積大于200ml/時，含硫量越低越好。由膨脹石墨產(chǎn)生機(jī)理可知，膨脹石墨的膨脹容積與層間化合物的插入量和膨脹溫度直接相關(guān)，而層間化合物插入量又與石墨粒子的粒度，氧化條件緊密相聯(lián)系。

　　目前制備可膨脹石墨大多數(shù)方法是以天然石墨和濃硫酸作原料，以氯氣、過硫酸鹽、雙氧水、硝酸等作氧化劑，這樣，鱗片石墨層間插入HSO（4-）和H2SO4使得酸化沖洗后形成的可膨脹石墨中殘留的酸液對膨脹石墨的含硫量產(chǎn)生影響，這就可能導(dǎo)致制得的膨脹石墨作為高級密封材料時腐蝕與其接觸的配偶金屬密封面，使密封失效，甚至導(dǎo)致事故發(fā)生。因此把酸化液配比、用量、石墨粒子粒度、膨脹溫度、可膨脹石墨的ph值作為影響膨脹石墨性質(zhì)的重要因素，分別改變其條件進(jìn)行試驗，分析其影響程度并優(yōu)選出最佳條件。

　　主要新方法有：（1）天然石墨與混酸（硫酸與硝酸質(zhì)量比為2:1）作原料，比例為1:3，高錳酸鉀為氧化劑制備可膨脹石墨，反應(yīng)溫度為25°C，反應(yīng)時間0.5h，膨脹容積375ml/g,含硫量<0.96%，灰分<1%，水分<1.5%，最終制得的膨脹石墨含硫量為0.084%，密度1.1g/cm（3），抗拉強(qiáng)度為6.5-7.5mpa，抗壓強(qiáng)度113mpa，回彈率33%。（2）以冰醋酸為反應(yīng)介質(zhì)，在少量濃硫酸存在下，以重鉻酸鉀作為氧化劑制備低硫可膨脹石墨，反應(yīng)溫度為25°C， 反應(yīng)時間為50分鐘， 含硫量0.68%，膨脹體積為260ml/g，膨脹石墨產(chǎn)品含硫量為0.08%。（3）在硫酸與石墨的質(zhì)量比為4:1的混合體系中，以過氧化氫作氧化劑，反應(yīng)后脫酸，再將酸性石墨置于草酸和硝酸的混合液中，制備低硫可膨脹石墨，反應(yīng)溫度為25°C，反應(yīng)時間1h，膨脹容積200-210ml/g。制得的膨脹石墨含硫量為0.046%，密度1.1g/cm（3），抗拉強(qiáng)度為6.5-7.4mpa，抗壓強(qiáng)度115.3mpa，回彈率34%。

　　2 膨脹石墨的性能特點

　　石墨雖經(jīng)過了插層、脫插、膨化、壓制等化學(xué)物理作用，但其晶體結(jié)構(gòu)始態(tài)與終態(tài)是相同的，因此石墨的理化性能———耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱等，在膨脹石墨中有所保留。另外，膨脹石墨又稱蠕蟲石墨，蠕蟲之間相互嚙合，形成膨脹石墨板帶材，具有良好的壓縮性、回彈性和低的應(yīng)力松弛率。一般的物理特性：密度：0.9-1.1g/cm（3）；耐氧化：在溫度>500°C時才開始氧化；耐高溫：200-2000°C；壓縮率：>45%；回彈率：>15%；蠕變率：<5%。

　　3 技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

　　3.1 膨脹石墨復(fù)合材料

　　鱗片石墨經(jīng)酸化后，浸入磷酸、硼酸溶液或有機(jī)硅、樹脂、氧化石墨等，與之復(fù)合，制成各種以膨脹石墨為基體的復(fù)合材料，從而增加其機(jī)械強(qiáng)度，使性能和質(zhì)量有很大提高。

　　3.2 低硫和無硫膨脹石墨制造技術(shù)和產(chǎn)品

　　這一類產(chǎn)品主要用于核能裝置中的密封，由于核能裝置的輻射環(huán)境對裝置的安全性有極高的要求，相應(yīng)對密封材料純度及有害雜質(zhì)含量也提出了很高的要求。日本碳素（株）可提供S<0.001%的膨脹石墨填料環(huán)。我國八五科技攻關(guān)計劃中列入了研制超低硫膨脹石墨項目，現(xiàn)已有了很大進(jìn)展。但是，要求更高純度的膨脹石墨制造技術(shù)，國內(nèi)目前還沒有滿意的成果。

　　3.3 高強(qiáng)緩蝕型膨脹石墨制造技術(shù)和產(chǎn)品

　　這是一類主要用于化工裝置中的膨脹石墨新品種。炭石墨材料具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，但卻因此帶來了在電解質(zhì)流體密封時造成密封對偶金屬的腐蝕問題。國外已經(jīng)有了添加緩蝕劑的膨脹石墨，我國也研制出了添加鉬劑和硼劑的緩蝕型膨脹石墨。此外，膨脹石墨還具有優(yōu)良的吸附特性和與生物體的組織相容性、血液相容性，不存在致癌危害，對環(huán)境保護(hù)發(fā)揮著很大作用。以膨脹石墨為基礎(chǔ)原料，已經(jīng)開發(fā)出醫(yī)藥衛(wèi)生材料，有明顯的醫(yī)療作用。

　　結(jié)語

　　膨脹石墨作為一種新型材料，由于其優(yōu)良的理化形態(tài)，會在生活生產(chǎn)的各個領(lǐng)域有越來越多的應(yīng)用機(jī)會。目前國際膨脹石墨產(chǎn)業(yè)銷售額達(dá)數(shù)十億美元，我國如發(fā)揮好作為石墨資源第一大國的優(yōu)勢，開拓市場，將會有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。



 

責(zé)任編輯：王元

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