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

石墨填料環

　　石墨填料是由石墨帶材纏繞上不銹鋼絲網模壓而成的，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、發電等行業機械密封使用?！∷杀挥脕砻芊庹羝崴嵊?、石油、碳氫化合物、化學、溶劑等。

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

　　石墨填料環適合酸堿和溶劑等強腐蝕性介質且不污染介質；也用于高壓閥門，柱塞泵，攪拌器等介質不能被污染的場所如食品、醫藥、造紙、化纖等行業。

　　我國是天然石墨資源第一大國（世界上2/3的儲量在我國） ，但關于膨脹石墨的研究要比國外晚許多。膨脹石墨是一種軟質新型炭素材料，它是70年代首先由美國聯合碳化物公司開發應用，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、低的應力松弛率等。用于石油化工、電力、冶金、機械等行業的各種動、靜密封件，并表現出成本低，耗能少，壽命長，效果好等優點。

　　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25%。石墨礦石經過粉碎，浮選精選可使鱗片石墨含碳量為78%-93%，經過化學物理方法處理以后，可使含碳量達99%以上

　　1.2 制備方法

　　采用80~50目的大片鱗片石墨，進行插層處理，形成石墨層間化合物，石墨插層物經過水洗烘干，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，產量不高；而氫氟酸提純法污染嚴重，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）與石墨中的雜質反應，形成溶于水的化合物，抽取，用清水反復洗滌以除去雜質

　　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量的兩個重要參數，一般而言，當膨脹體積大于200ml/時，含硫量越低越好。由膨脹石墨產生機理可知，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，而層間化合物插入量又與石墨粒子的粒度，氧化條件緊密相聯系。

　　目前制備可膨脹石墨大多數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生影響，這就可能導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，甚至導致事故發生。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的重要因素，分別改變其條件進行試驗，分析其影響程度并優選出最佳條件。

　　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，反應溫度為25°C，反應時間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），抗拉強度為6.5-7.5mpa，抗壓強度113mpa，回彈率33%。（2）以冰醋酸為反應介質，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，反應溫度為25°C， 反應時間為50分鐘， 含硫量0.68%，膨脹體積為260ml/g，膨脹石墨產品含硫量為0.08%。（3）在硫酸與石墨的質量比為4:1的混合體系中，以過氧化氫作氧化劑，反應后脫酸，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，反應溫度為25°C，反應時間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），抗拉強度為6.5-7.4mpa，抗壓強度115.3mpa，回彈率34%。

　　2 膨脹石墨的性能特點

　　石墨雖經過了插層、脫插、膨化、壓制等化學物理作用，但其晶體結構始態與終態是相同的，因此石墨的理化性能———耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、導電導熱等，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 技術發展與應用

　　3.1 膨脹石墨復合材料

　　鱗片石墨經酸化后，浸入磷酸、硼酸溶液或有機硅、樹脂、氧化石墨等，與之復合，制成各種以膨脹石墨為基體的復合材料，從而增加其機械強度，使性能和質量有很大提高。

　　3.2 低硫和無硫膨脹石墨制造技術和產品

　　這一類產品主要用于核能裝置中的密封，由于核能裝置的輻射環境對裝置的安全性有極高的要求，相應對密封材料純度及有害雜質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。我國八五科技攻關計劃中列入了研制超低硫膨脹石墨項目，現已有了很大進展。但是，要求更高純度的膨脹石墨制造技術，國內目前還沒有滿意的成果。

　　3.3 高強緩蝕型膨脹石墨制造技術和產品

　　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穩定性，但卻因此帶來了在電解質流體密封時造成密封對偶金屬的腐蝕問題。國外已經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，對環境保護發揮著很大作用。以膨脹石墨為基礎原料，已經開發出醫藥衛生材料，有明顯的醫療作用。

　　結語

　　膨脹石墨作為一種新型材料，由于其優良的理化形態，會在生活生產的各個領域有越來越多的應用機會。目前國際膨脹石墨產業銷售額達數十億美元，我國如發揮好作為石墨資源第一大國的優勢，開拓市場，將會有顯著的經濟效益。



 

責任編輯：王元

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