PŁYTY USZCZELKOWE GRAF NA BAZIE GRAFITU EKSPANDOWANEGO

Paweł Juszkiewicz
specjalista ds. eksportu
Sinograf

 

Rodzaje i ich zastosowania

Grafit może przyjmować różne formy, które warunkują jego szerokie zastosowanie w przemyśle. Grafit naturalny powstający w procesach geologicznych trwających miliony lat, występuje w formie krystalicznej (czarny) lub płatkowej (srebrny). Dla przemysłu szczególnie istotne są również dwa inne rodzaje grafitu:

• grafit ekspandowany – utworzony w procesie eksfoliacji kryształów grafitu interkalowanego atomami siarki lub fluoru, charakteryzujący się miękką i elastyczną strukturą;
• grafit syntetyczny – produkowany z koksu naftowego, antracytu lub innych materiałów o wysokiej zawartości węgla poprzez ich mielenie, a następnie formowanie, spiekanie i grafityzowane w temperaturze powyżej 2500°C.

 

Produkcja grafitu ekspandowanego

Grafit ekspandowany powstaje przez gwałtowne ogrzanie grafitu interkalowanego silnymi utleniaczami. Najczęściej stosowanymi interkalatami do wytwarzania ekspandowanego grafitu są kwasy: siarkowy i azotowy.

Etap 1

Oryginalny, krystaliczny grafit jest utleniany. Utlenianie sprowadza się do wprowadzenia cząsteczek i jonów kwasu siarkowego lub azotowego w obecności środka utleniającego (nadtlenek wodoru, nadmanganian potasu itp.) pomiędzy warstwy sieci krystalicznej grafitu. Utleniony grafit jest myty i suszony.

Etap 2

Utleniony grafit poddawany jest bardzo specyficznej obróbce cieplnej – nagrzewaniu z szybkością 400- 600°C/s. Ze względu na wyjątkowo wysoką szybkość ogrzewania następuje gwałtowne uwalnianie gazowych produktów rozkładu wprowadzonego kwasu siarkowego z sieci krystalicznej grafitu. W rezultacie odległość między warstwami wzrasta ok. 300 razy, a mały płatek grafitu staje się włóknem o długości 6 - 10 mm. Powstające porowate ziarna przypominające harmonijki mają niską wytrzymałość mechaniczną. W uzyskanym materiale pozostaje pewna ilość tlenków siarki lub azotu, w zależności od zastosowanej technologii.

Etap 3

Uzyskany termicznie ekspandowany grafit jest walcowany, niekiedy wzmacniany, implementowane są dodatki i prasowane w celu uzyskania produktów.

Zastosowanie grafitu ekspandowanego w produkcji materiałów uszczelniających

Grafit ekspandowany jest materiałem szeroko stosowanym w technice uszczelniania. Uszczelnienia grafitowe wykorzystywane są w połączeniach spoczynkowych oraz ruchowych, pracując zarówno w ruchu obrotowym, np. uszczelniając dławnice pomp, jak i w ruchu posuwisto-zwrotnym, np. w armaturze przemysłowej. Z grafitu ekspandowanego są produkowane takie materiały jak: taśmy uszczelniające, uszczelnienia spiralne i wielokrawędziowe, pierścienie dławnicowe typu GDR do armatury przemysłowej, uszczelki płaskie w połączeniach kołnierzowych, różnego rodzaju uszczelnienia formowane, a także uszczelki dla przemysłu motoryzacyjnego.

Właściwości i zalety

Uszczelnienia wykonane na bazie grafitu ekspandowanego są nowoczesnym rozwiązaniem przemysłowym, cechującym się wysoką wydajnością i niezawodnością. Grafit wielokrotnie przewyższa w tym zakresie tradycyjne uszczelnienia na bazie materiałów włóknisto-elastomerowych, gdyż posiada zarówno doskonałą odporność termiczną od -200°C do +2000°C, jak i dobrą przewodność cieplną. Niestety pod wpływem powietrza, pary i innych utleniaczy jego odporność termiczna maleje, dlatego też przyjmuje się, że dobre gatunki grafitu ekspandowanego mogą pracować w powietrzu do 450°C. Z kolei w parze w zastosowaniach ruchowych mają odporność termiczną do 550°C, a w parze w zastosowaniach spoczynkowych (np. w zaworach) do 600°C.1 Niewątpliwymi zaletami uszczelnień na bazie grafitu ekspandowanego ponadto są: pełna odporność chemiczna, wysoka szczelność dla gazów i cieczy, bardzo niski współczynnik tarcia ok. 0,15, odporność na wszystkie rodzaje promieniowania i procesy starzenia, niski stopień pełzania i utraty naprężeń.

Właściwy dobór i zastosowanie płyt Graf

Aby dobrać właściwy materiał do konkretnego zastosowania, należy uwzględnić wiele czynników, w tym temperaturę, ciśnienie, odporność chemiczną oraz stan techniczny miejsca zastosowania uszczelki. Właściwy dobór powinien być więc poprzedzony analizą czynników wpływających na pracę uszczelnienia oraz opracowaniem i hierarchizacją tych kryteriów. Uszczelnienia stosowane w maszynach i urządzeniach przemysłu nie zawsze są właściwie dobierane, dotyczy to zarówno rozwiązań konstrukcyjnych, jak i materiałowych. Może to skutkować nie tylko problemami eksploatacyjnymi, ale zagrażać życiu i zdrowiu konsumenta. Prawidłowa praca oraz trwałość uszczelek zależy w dużym stopniu od odpowiedniego ich montażu, czyli od czynników znajdujących się poza kontrolą producenta.