石墨填料又称柔性石墨填料环，柔性石墨填料是将柔性石墨带或柔性石墨编织填料 （盘根），经模压而制成不同尺寸的环。具有良好的回弹性、化学稳定性，能提供有效的密封作用，使用安装方便。应用于泵、阀门、伸缩节等部位的密封，在石油、化工、仪器仪表、热电、船舶、核电、航天等。

石墨填料环

　　石墨填料是由石墨带材缠绕上不锈钢丝网模压而成的，表面再用润滑剂，石墨粉和缓蚀剂处理而成，适用于石油、化工、发电等行业机械密封使用。　它可被用来密封蒸汽、热水、热油、石油、碳氢化合物、化学、溶剂等。

　　石墨填料环由石墨带压制而成，无任何填充剂和粘接剂，纯度大于98%。填料环标准 截面为方形，也可加 工成楔形或V形适用于高压部位。

　　石墨填料环适合酸碱和溶剂等强腐蚀性介质且不污染介质；也用于高压阀门，柱塞泵，搅拌器等介质不能被污染的场所如食品、医药、造纸、化纤等行业。

　　我国是天然石墨资源第一大国（世界上2/3的储量在我国） ，但关于膨胀石墨的研究要比国外晚许多。膨胀石墨是一种软质新型炭素材料，它是70年代首先由美国联合碳化物公司开发应用，于80年代初开始引入我国。

　　膨胀石墨除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外，还由于其特殊成型工艺及特殊的微观组织，而具有天然石墨所没有的柔软、回弹性、低的应力松弛率等。用于石油化工、电力、冶金、机械等行业的各种动、静密封件，并表现出成本低，耗能少，寿命长，效果好等优点。

　　1 制备方法

　　1.1原料：鳞片石墨

　　鳞片石墨蕴藏于天然石墨矿之中。有开采价值的石墨矿含碳量为4%-11%，局部含碳量可达25%。石墨矿石经过粉碎，浮选精选可使鳞片石墨含碳量为78%-93%，经过化学物理方法处理以后，可使含碳量达99%以上

　　1.2 制备方法

　　采用80~50目的大片鳞片石墨，进行插层处理，形成石墨层间化合物，石墨插层物经过水洗烘干，插入物大部分去除，形成可膨胀石墨。将其高温（900°C-1100°C）快速加热，使层间化合物分解，与此同时，石墨粒子沿层间方向迅速膨胀80-200倍，产生类似长条的蠕虫状物，即形成膨胀石墨

　　1.2.1石墨提纯法

　　当前石墨提纯法主要有高温提纯法、氢氟酸提纯法、酸碱提纯法。

　　前两种方法有许多缺点，高温提纯法能耗大，产量不高；而氢氟酸提纯法污染严重，特别对操作工人健康危害大，也不宜推广。只有酸碱提纯法由于其产量大，纯度高，易处理污染废水而受到大力提倡

　　酸碱提纯法原理：用碱（如氢氧化钠）和酸（如盐酸，硫酸，磷酸）与石墨中的杂质反应，形成溶于水的化合物，抽取，用清水反复洗涤以除去杂质

　　1.2.2制备低硫可膨胀石墨

　　膨胀容积和含硫量是决定膨胀石墨质量的两个重要参数，一般而言，当膨胀体积大于200ml/时，含硫量越低越好。由膨胀石墨产生机理可知，膨胀石墨的膨胀容积与层间化合物的插入量和膨胀温度直接相关，而层间化合物插入量又与石墨粒子的粒度，氧化条件紧密相联系。

　　目前制备可膨胀石墨大多数方法是以天然石墨和浓硫酸作原料，以氯气、过硫酸盐、双氧水、硝酸等作氧化剂，这样，鳞片石墨层间插入HSO（4-）和H2SO4使得酸化冲洗后形成的可膨胀石墨中残留的酸液对膨胀石墨的含硫量产生影响，这就可能导致制得的膨胀石墨作为高级密封材料时腐蚀与其接触的配偶金属密封面，使密封失效，甚至导致事故发生。因此把酸化液配比、用量、石墨粒子粒度、膨胀温度、可膨胀石墨的ph值作为影响膨胀石墨性质的重要因素，分别改变其条件进行试验，分析其影响程度并优选出最佳条件。

　　主要新方法有：（1）天然石墨与混酸（硫酸与硝酸质量比为2:1）作原料，比例为1:3，高锰酸钾为氧化剂制备可膨胀石墨，反应温度为25°C，反应时间0.5h，膨胀容积375ml/g,含硫量<0.96%，灰分<1%，水分<1.5%，最终制得的膨胀石墨含硫量为0.084%，密度1.1g/cm（3），抗拉强度为6.5-7.5mpa，抗压强度113mpa，回弹率33%。（2）以冰醋酸为反应介质，在少量浓硫酸存在下，以重铬酸钾作为氧化剂制备低硫可膨胀石墨，反应温度为25°C， 反应时间为50分钟， 含硫量0.68%，膨胀体积为260ml/g，膨胀石墨产品含硫量为0.08%。（3）在硫酸与石墨的质量比为4:1的混合体系中，以过氧化氢作氧化剂，反应后脱酸，再将酸性石墨置于草酸和硝酸的混合液中，制备低硫可膨胀石墨，反应温度为25°C，反应时间1h，膨胀容积200-210ml/g。制得的膨胀石墨含硫量为0.046%，密度1.1g/cm（3），抗拉强度为6.5-7.4mpa，抗压强度115.3mpa，回弹率34%。

　　2 膨胀石墨的性能特点

　　石墨虽经过了插层、脱插、膨化、压制等化学物理作用，但其晶体结构始态与终态是相同的，因此石墨的理化性能———耐高温、耐低温、耐腐蚀、导电导热等，在膨胀石墨中有所保留。另外，膨胀石墨又称蠕虫石墨，蠕虫之间相互啮合，形成膨胀石墨板带材，具有良好的压缩性、回弹性和低的应力松弛率。一般的物理特性：密度：0.9-1.1g/cm（3）；耐氧化：在温度>500°C时才开始氧化；耐高温：200-2000°C；压缩率：>45%；回弹率：>15%；蠕变率：<5%。

　　3 技术发展与应用

　　3.1 膨胀石墨复合材料

　　鳞片石墨经酸化后，浸入磷酸、硼酸溶液或有机硅、树脂、氧化石墨等，与之复合，制成各种以膨胀石墨为基体的复合材料，从而增加其机械强度，使性能和质量有很大提高。

　　3.2 低硫和无硫膨胀石墨制造技术和产品

　　这一类产品主要用于核能装置中的密封，由于核能装置的辐射环境对装置的安全性有极高的要求，相应对密封材料纯度及有害杂质含量也提出了很高的要求。日本碳素（株）可提供S<0.001%的膨胀石墨填料环。我国八五科技攻关计划中列入了研制超低硫膨胀石墨项目，现已有了很大进展。但是，要求更高纯度的膨胀石墨制造技术，国内目前还没有满意的成果。

　　3.3 高强缓蚀型膨胀石墨制造技术和产品

　　这是一类主要用于化工装置中的膨胀石墨新品种。炭石墨材料具有很好的化学稳定性，但却因此带来了在电解质流体密封时造成密封对偶金属的腐蚀问题。国外已经有了添加缓蚀剂的膨胀石墨，我国也研制出了添加钼剂和硼剂的缓蚀型膨胀石墨。此外，膨胀石墨还具有优良的吸附特性和与生物体的组织相容性、血液相容性，不存在致癌危害，对环境保护发挥着很大作用。以膨胀石墨为基础原料，已经开发出医药卫生材料，有明显的医疗作用。

　　结语

　　膨胀石墨作为一种新型材料，由于其优良的理化形态，会在生活生产的各个领域有越来越多的应用机会。目前国际膨胀石墨产业销售额达数十亿美元，我国如发挥好作为石墨资源第一大国的优势，开拓市场，将会有显著的经济效益。



 

责任编辑：王元

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