ПОВЫШЕНИЕ ТЕРМОСТОЙКОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРМОРАСШИРЕННОГО ГРАФИТА

  • Alexander D. Nozdryukhin Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Igor S. Potapov Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Vladimir Z. Poilov Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Maria V. Cherepanova Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Ключевые слова: терморасширенный графит, дефекты на поверхности, термостойкость, пропитывание, термообработка, метасиликат натрия, хлорид магния, кремнезоль, термический анализ, токсичные выбросы

Аннотация

Терморасширенный графит является современным композитным материалом, изделия из которого используются в качестве уплотнительных элементов. Однако, термическая стойкость терморасширенного графита, определяемая по величине потери массы при температуре 670 °С в среде воздуха, пока недостаточна (73%). В связи с этим, актуальной задачей является придание изделиям из терморасширенного графита более высокой термической стойкости к окислению. Для решения указанной проблемы использована технология импрегнирования изделий из терморасширенного графита, выявлены импрегнирующие реагенты и составы, повышающие термостойкость листового терморасширенного графита. Установлено, что увеличение термостойкости пропитанных образцов возрастает в ряду: хлорид кальция – метасиликат натрия – хлорид магния – кремнезоль, при этом повышение длительности пропитки с одного до двух часов не оказывает существенного влияния на термостойкость образцов. Наилучший результат (потеря массы образцов - 16,0%) получен при использовании в качестве пропитывающего реагента 10% раствора кремнезоля. При этом поверхность импрегнированных образцов терморасширенного графита после сушки отличается отсутствием трещин и вздутий. Выявлено термическое поведение импрегнирующих веществ. Показано, что при повышении температуры хлорид кальция плавится и разрушает пористую структуру терморасширенного графита; хлорид магния образует токсичный хлористый водород и оксид магния, продукты, расклинивающие слои терморасширенного графита, тем самым облегчая доступ кислорода – это негативно сказывается на термической стойкости. Метасиликат натрия и кремнезоль покрывают частицы терморасширенного графита, тем самым повышая стойкость к окислению, т.е. увеличивается термическая стойкость образцов терморасширенного графита. Термический анализ исходного терморасширенного графита и обработанного кремнезолем терморасширенного графита показал, что температура начала окисления обработанного образца возрастает на 45 °C.

Литература

Sorokina N.E., Avdeev V.V., Tikhomirov A.S., Lutfullin M.A., Saidaminov M.I. Composite nanomaterials based on intercalated graphite. M.: MGU im. Lomonosov. 2010. 50 p. (in Russian).

Frolov I.N., Yakovlev A.V. Obtaining thermally expanded graphite from nitric acid electrolytes and its micro-structural features. Interuniversity collection of scientific papers of the II All-Russian conference with international participation, dedicated to the 110th anniversary of the Saratov National Research State University named after N.G. Chernyshevsky, the 90th anniversary of the Institute of Chemistry (Faculty of Chemistry), the 150th anniversary of the Periodic Law and the Periodic Table of Chemical Elements by D.I. Mendeleev. Saratov: Saratov Na-tional Research State University named after N.G. Chernyshevsky. 2019. P. 420-421 (in Russian).

Afanasov I. M., Van Tendeloo G. Thermally expanded graphite modified with zirconium oxide. Neorg. Mater. 2011. N 6. P. 678–683 (in Russian).

Skurikhin A.A., Ershova T.V., Yudina T.F. The effect of the modification of oxidized (OG) and thermally ex-panded (TEG) graphites on their corrosivity. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2008. V. 51. N 7. P. 81-83 (in Russian).

Cambridge Advanced Learner's Dictionary. Cambridge University Press. 2008. P. 1852.

Nozdryukhin A.D., Cherepanova M.V., Potapov I.S. The increase in heat resistance of sheet thermally ex-panded graphite. Vestn. PNIPU: Khim. Tekhnol. Biotekhnol. 2019. N 1. P. 83-92 (in Russian). DOI: 10.15593/2224-9400/2019.1.8.

Meleshko A.I., Polovnikov S.P. Carbon, carbon fibers, carbon composites. M.: Saynes-Press. 2007. 194 p. (in Russian).

Emelyanov K.B., Bychkov A.E., Zelenko V.L., Kheifets L.I. Mathematical modeling of the process of anodic in-tercalation in dilute nitric acid. Vestn. Moskov. Un-ta. 2010. V. 51. N 2. P. 96-101 (in Russian).

Maslov V.A., Pustovalov Yu.P., Trofimova L.A., Dan L.A. dynamics of transformation of graphite intercalation connections during thermal shock heating. Visn. Priazov. Derzh. Tekhnich. Univ. 2019. V. 38. P. 23-30 (in Rus-sian). DOI: 10.31498/2225-6733.38.2019.181273.

Kropachev R.V., Novokshonov V.V., Wolfson S.I., Mikhailova S.N. Thermally expanding polymer composite materials. Vestn. Tekhnol. Un-ta. 2015. V. 18. N 5. P. 60-63(in Russian).

Zhang H., Wu Y., Sirisaksoontorn W., Remcho V.T., Lerner M.M. Preparation, characterization, andstructure-trendsfor graphite intercalation compounds containing pyrrolidinium cations. Chem. Mater. 2017. N 28. P. 969-974. DOI: 10.1186/s11671-017-1930-2.

Nozdryukhin A.D., Cherepanova M.V., Potapov I.S. Determining the conditions for thermal expansion of in-tercalated graphite in a furnace with electric heating. Yuzh.-Sibir. Nauch. Vestn. 2020. N 1. P. 102-106 (in Rus-sian). DOI: 10.25699/SSSB.2020.29.56934.

Khanov A.M., Makarova L.E., Degtyarev A.I., Kara-vaev D.M., Moskalev V.A., Nesterov A.A., Smirnov D.V., Isaev O.Yu. Features of the structure and use of thermally expanded graphite. Vestn. PNIPU: Mashinostr. Materialoved. 2012. N 1. P. 92-106 (in Russian).

Ivanova M.S. The use of graphite powder and materials based on it. Universitet. Nauka. 2017. V. 3. N 1. P. 20-21 (in Russian).

Filimonov S.V., Kamaev A.O., Shornikova O.N., Malakhov A.P., Avdeev V.V. Heat-conducting properties of high-temperature materials based on penografite. Novye Ogneupory. 2016. N. 3. P. 144-148. DOI: 10.17073/1683-4518-2016-3-144-148.

Filimonov S.V., Sorokina N.E., Yashchenko N.V., Malakhov A.P., Avdeev V.V. Thermophysical properties of highly porous monoliths based on penografite. Neorg. Mater. 2013. V. 49. N 4. P. 352-358 (in Russian). DOI: 10.7868/S0002337X13040039.

Karavaev D.M., Khanov A.M., Matygullina E.V., Sirotenko L.D. Influence of structural and morphological features of thermally expanded graphite on the wear re-sistance of a composite material with an organosilicon binder. Izv. Samar. Nauch. Tsentra RAN. 2013. V. 15. N 6. P. 378-381 (in Russian).

Myasnikova A.V., Gradinar Yu.S., Belova M.Yu. Isaev O.Yu., Kholkin V.A. The influence of the nature of graphite on the characteristics of thermally expanded graphite materials. Actual problems of powder materials science. Perm: PNIPU. 2018. P. 456-464 (in Russian).

ASTMF2191 / F2191M-13. Standard Specification for Packing Material. Graphiticor Carbon Braided Yarn. ASTM International. West Conshohocken, PA. 2013.

Technical specifications «STA 449CJupiter» URL: https://www.netzsch-thermal-analysis.com/en/.

Опубликован
2021-07-28
Как цитировать
Nozdryukhin, A. D., Potapov, I. S., Poilov, V. Z., & Cherepanova, M. V. (2021). ПОВЫШЕНИЕ ТЕРМОСТОЙКОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРМОРАСШИРЕННОГО ГРАФИТА. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 64(8), 49-56. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216408.6404
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы