PAPYEX — гибкий графит

Гибкий графит PAPYEX — высокочистый углеродный материал, получаемый методом термохимического расширения природного кристаллического графита с последующей прокаткой без связующих. Материал имеет анизотропную слоистую структуру: слои графита сцеплены механически, без органических добавок, которые деградировали бы при нагреве или контакте с агрессивными средами. PAPYEX применяется для изготовления плоских и армированных прокладок, спирально-навитых прокладок, сальниковых и торцевых уплотнений в химической, нефтехимической, энергетической, автомобильной и ядерной промышленности.

Принцип производства и структура материала

Для производства гибкого графита отбирают природный флокированный графит с размером кристаллитов более 180 мкм. Кислотная интеркаляция внедряет молекулы реагента между слоями решётки. При последующем термическом ударе интеркалянт мгновенно испаряется — кристаллит расслаивается, увеличиваясь в объёме в сотни раз. Полученный расширенный («червеобразный») графит прокатывают в непрерывную фольгу без связующих веществ. Именно отсутствие связующих определяет главные преимущества материала: химическую инертность, термическую стабильность без деградации и отсутствие старения при длительной эксплуатации.

Марки PAPYEX: состав и рабочий диапазон

Линейка делится на промышленные марки (химия, нефтехимия, автомобилестроение) и ядерные. Принципиальное различие — требования к химической чистоте, прежде всего по сере и хлору, и наличие антиокислительных добавок.

Промышленные марки I600, I980, A960

Марка	Углерод, мин.	Зола, макс.	Сера, макс.	Хлор (общий), макс.	Макс. темп. в воздухе
I600	>99%	<1%	<700 ppm	<50 ppm	550°C
I980	>98%	<2%	<1 400 ppm	<50 ppm	450°C
A960	>96%	<4%	<1 400 ppm	<80 ppm	450°C

I600 — марка с пониженной скоростью окисления для длительной работы при температурах до 550°C в кислородсодержащей атмосфере. Нормируется по потере массы при 500°C/24 ч (<0,5%) и при 670°C/4 ч (<4%/ч). I980 — стандартная промышленная марка без добавок; применяется в насосах, клапанах, трубопроводной арматуре химических и нефтехимических производств. A960 — марка для автомобильного применения: совместима с моторными маслами, антифризами, топливом и выхлопными газами в системах рециркуляции EGR, уплотнениях водяных насосов.

Ядерные марки N9985, NS200, N998, NP998

Марка	Углерод, мин.	Зола, макс.	Сера, макс.	Хлор (вымываемый), макс.	Особенности
N9985	>99,85%	<0,15%	<600 ppm	<20 ppm	Высшая чистота, без добавок
NS200	>99,5%	<0,5%	<200 ppm	—	Ультранизкая сера; галогены (F, Br, I) <50 ppm; соответствие PMUC (EDF)
N998	>99,8%	<0,2%	<600 ppm	<20 ppm	Высокая чистота, без добавок
NP998	>95%	<0,2%	<600 ppm	—	Ингибитор окисления 1–3%; расширяет рабочий диапазон температур в воздухе

Для ядерных марок критично ультранизкое содержание серы и хлора: эти элементы вызывают коррозионное растрескивание нержавеющей стали реакторных контуров. NS200 дополнительно ограничивает все галогены (F, Br, I ≤ 50 ppm) — требование для допуска на объекты EDF по регламенту PMUC. NP998 отличается от N998 наличием ингибитора окисления 1–3%, что позволяет эксплуатировать материал при повышенных температурах в окислительных средах трубопроводов ядерных установок. В инертной или восстановительной атмосфере все марки PAPYEX работоспособны до 2 700°C.

Физические свойства гибкого графита PAPYEX

Все приведённые значения соответствуют официальной технической документации и относятся к материалу в форме листов и рулонов. Свойства существенно зависят от плотности и направления относительно плоскости листа — материал анизотропен.

Параметр	Значение	Примечание
Плотность (листы, рулоны)	0,7–1,3 г/см³	Стандартные рулоны — 0,7–1,1 г/см³; листы SR — до 1,3 г/см³
Предел прочности при растяжении	≥4 МПа (типовое 4,5 МПа)	При D = 1 г/см³, поперёк плоскости листа
Сжимаемость (ASTM F36A)	45–52%
Упругое восстановление (ASTM F36A)	10–15%
Твёрдость Shore C2	25
КТР в плоскости листа	≈0	Анизотропный; в плоскости практически нулевой
КТР поперёк плоскости	(25–28) × 10⁻⁶ /°C
Теплопроводность в плоскости листа	~130–150 Вт/(м·К) при 20°C и D ≈ 1 г/см³	Снижается с ростом температуры; растёт с ростом плотности
Теплопроводность поперёк плоскости	~5 Вт/(м·К)	На 1–2 порядка ниже, чем в плоскости
Удельное электросопротивление в плоскости	0,001 Ом·см
Удельное электросопротивление поперёк плоскости	0,05 Ом·см
Рабочий диапазон в воздухе	от –250°C до 450°C (I600: до 550°C)
Рабочая температура в инертной атмосфере	до 2 700°C
Стойкость к радиационному облучению	Да	Ядерные марки N9985, NS200, N998, NP998

Анизотропия теплопроводности принципиально важна при проектировании уплотнений в соединениях с интенсивным тепловым потоком: ориентация листа относительно направления потока влияет на перегрев фланца и долговечность прокладки.

Формы поставки и типы армированных листов

PAPYEX поставляется в следующих форматах:

• Рулоны шириной 500, 1 000, 1 500 мм; толщина 0,2–1,5 мм; плотность 0,7–1,1 г/см³.
• Пластины толщиной до 10 мм.
• Ленты-полосы шириной от 4,5 мм (нарезаются из рулона).

На основе фольги PAPYEX выпускается пять типов армированных прокладочных листов:

Тип	Армирование	Назначение
SR	Без вставки	Фланцевые прокладки при умеренных давлениях; свободная резка
RI	Плоская вставка нержавеющая 50 мкм (SS316), приклеена	Химическая и нефтехимическая промышленность
RN	Плоская никелевая вставка 13 мкм, приклеена	Агрессивные среды, в т. ч. хлорсодержащие
PI	Выштампованная нержавеющая вставка 100 мкм, без клея	Трубопроводы, реакторы, высокое давление
HP	Многослойное армирование	Паровые генераторы, насосы высокого давления; максимальные механические нагрузки

Все типы листов доступны в марках I600, I980, A960, N9985, NS200 и других — марка выбирается под рабочую среду, тип листа — под условия нагружения и давление.

Статические прокладки и динамические уплотнения на основе PAPYEX

Статические прокладки (фланцевые соединения)

Плоские прокладки вырубаются из листов PAPYEX SR или армированных типов. Материал не стареет, не даёт усадки, не размягчается и не ползёт при длительном воздействии температуры — это исключает необходимость периодического переобжатия фланцевых соединений. Для спирально-навитых прокладок лента PAPYEX наматывается совместно с металлической полосой. Испытания прокладок ведутся по EN 13555 и API 622.

Динамические уплотнения (сальники и набивки)

Лента и прессованные кольца из PAPYEX применяются как сальниковая набивка в запорной и регулирующей арматуре, насосах, мешалках и компрессорах. Самосмазывающие свойства графита обеспечивают работу без внешней смазки. Ресурс уплотнения составляет не менее 35 000 рабочих циклов при многократных термоциклах без течи и без технического обслуживания. Подробнее о набивках на графитовой основе — в разделе «Набивка сальниковая графитовая НГ-Л».

Химическая стойкость гибкого графита

PAPYEX устойчив к большинству промышленных сред: HCl, разбавленной H₂SO₄, разбавленной HF при комнатной температуре, фосфорной и уксусной кислотам, щелочам NaOH и KOH в широком диапазоне концентраций, водяному пару, органическим растворителям (углеводороды, спирты, кетоны, хлорированные растворители), рабочим жидкостям автомобильных систем (для A960).

Материал неустойчив к следующим средам:

• Азотная кислота HNO₃ в любой концентрации (сильный окислитель).
• Концентрированная H₂SO₄ при температуре выше ~200°C.
• Хромовая кислота и другие сильные неорганические окислители.
• Расплавы щелочных металлов (Na, K, Li) — образуют интеркаляционные соединения с графитом.
• Фтор F₂ и фторид хлора ClF₃ в чистом виде при повышенных температурах.

Области применения гибкого графита PAPYEX

Отрасль	Типичные применения	Рекомендуемые марки
Химическая и нефтехимическая промышленность	Фланцевые прокладки реакторов, насосов, клапанов, паропроводов	I600 (до 550°C), I980 (до 450°C)
Нефтепереработка	Арматура высокотемпературных трубопроводов, прокладки под высоким давлением	I600, I980 (листы RI, PI, HP)
Автомобилестроение	Уплотнения водяных насосов, системы рециркуляции отработавших газов (EGR), топливные системы	A960
Энергетика	Паровые турбины, теплообменники, котлы высокого давления	I600, I980 (листы HP)
Ядерная промышленность	Уплотнения арматуры реакторных контуров, прокладки под высоким давлением и температурой	N9985, NS200, N998, NP998
Промышленные печи	Теплоотражающие экраны, уплотнения в вакуумных и газозащитных атмосферах, SPS-прессование (разделительные вставки)	I600, I980
Стекольная промышленность	Защитные прокладки при контакте с расплавом стекла (PAPYEX не смачивается расплавленным стеклом)	I600
Электроника	Теплораспределяющие интерфейсы, теплоотводы при монтаже компонентов	I600, I980 (высокой плотности)

Особенности обработки, изготовления уплотнений и монтажа

Гибкий графит PAPYEX легко обрабатывается на стандартном оборудовании:

• Вырубка штампом — предпочтительный метод серийного производства плоских прокладок; листы PAPYEX допускают пробивку без предварительной подготовки.
• Резка осциллирующим ножом — для опытных образцов и нестандартных контуров.
• Гидроабразивная резка (водяная струя) — для сложных профилей и армированных листов PI/HP.
• Намотка ленты — при изготовлении сальниковых колец и спирально-навитых прокладок.

При работе с тонкими листами (менее 0,5 мм) следует избегать точечных ударных нагрузок — материал хрупок при локальном изгибе. Армированные листы RI, RN, PI и HP требуют надёжной фиксации заготовки во избежание смещения металлической вставки. При монтаже плоских прокладок из PAPYEX применение герметиков не требуется — достаточно корректного момента затяжки по нормативной документации (EN 13555, DIN E 2505, API 622 в зависимости от применения). Прокладки не требуют доводки после первого нагрева.

Для применений в промышленных печах с быстрым подъёмом температуры следует запросить марку PAPYEX FHT — предварительно термообработанный вариант, в котором газообразные продукты уже удалены и вспучивание поверхности при прогреве исключено. В стандартных марках быстрый нагрев может вызвать образование пузырей на поверхности.

Хранение: сухое помещение, относительная влажность не выше 40%. Длительный контакт с водой не разрушает материал, однако избыточное увлажнение затрудняет штамповку тонких листов.

Входной контроль: визуальный осмотр под увеличением ×10–50 на расслоения и трещины в плоскости листа. Значительные сквозные трещины в зоне уплотняющего пояска недопустимы — снижают долговечность прокладки под давлением.

Выбор марки PAPYEX: руководство технолога

Выбор определяется тремя параметрами: рабочей температурой, составом среды и требованиями к химической чистоте материала.

Условие эксплуатации	Рекомендуемая марка
Общепромышленное применение, до 450°C в воздухе	I980
Температура до 550°C в воздухе; пониженная скорость окисления	I600
Рабочие жидкости автомобильных систем, EGR	A960
Ядерные установки, жёсткий контроль серы и хлора	N998 или N9985
Объекты EDF, требования PMUC, ультранизкая сера	NS200
Ядерные трубопроводы с повышенной температурой в окислительной среде	NP998
Вакуумные и газозащитные печи, инертная среда до 2 700°C	I600 или I980

По конструктиву: листы SR — для умеренных нагрузок; RI/RN — при агрессивных средах и требованиях к ненамоканию металлической вставки; PI — для высокого давления в трубопроводах; HP — для паровых систем и насосов высокого давления.

PAPYEX в листах, рулонах и лентах поставляется по заявке с указанием марки, типа листа, толщины и формата. Информация об ассортименте графитовых уплотнительных изделий — в разделе «Графитовые уплотнения».