Графит листовой

Листовой графит — прокладочный и уплотнительный материал, изготавливаемый на основе терморасширенного графита (ТРГ). Применяется для герметизации неподвижных разъёмных соединений в трубопроводах, арматуре, сосудах и аппаратах. Материал не содержит асбеста, смол и неорганических наполнителей, что определяет его высокую химическую стойкость и термостабильность.

Графитовые листы состоят из одного или нескольких слоёв графитовой фольги, объединённых методом прокатки. В зависимости от наличия армирующего элемента листовой графит подразделяется на неармированный и армированный.

Терморасширенный графит как основа листового материала

Основу любого листового графитового материала составляет терморасширенный графит. ТРГ получают из природного кристаллического (чешуйчатого) графита путём химического окисления с последующим термическим расширением. Технология включает следующие стадии:

На первом этапе исходный графит обрабатывают серной кислотой в присутствии окислителя (перекись водорода, перманганат калия). Кислота проникает в межслоевое пространство графита, образуя интеркалированное соединение. На втором этапе окисленный графит промывают и сушат. На третьем — подвергают термоудару при температуре 800–1000 °C. При быстром нагреве интеркалированные молекулы разлагаются с выделением газов, которые раздвигают графеновые слои. Объём частиц увеличивается в 200–400 раз. Полученный вспученный графит (пенографит) прессуют и прокатывают в фольгу нужной плотности (0,7–1,5 г/см³).

Благодаря этой технологии ТРГ сохраняет кристаллическую структуру исходного графита и наследует его теплопроводность, электропроводность и химическую инертность, при этом приобретая пластичность. Именно пластичность позволяет формовать из ТРГ листы, ленты, шнуры и набивки без введения связующих компонентов.

Виды листового графита: армированный и неармированный

Графит листовой выпускается в двух основных вариантах — без армирования и с армирующим металлическим вкладышем. Выбор зависит от рабочего давления, конструкции фланцевого соединения и требований к прочности прокладки на разрыв.

Неармированный листовой графит

Неармированный лист изготавливается путём прокатки одного или нескольких слоёв фольги из ТРГ без введения каких-либо дополнительных материалов. Бесклеевая технология обеспечивает чистоту графитового материала и отсутствие органических связующих, способных разрушаться при высоких температурах.

Неармированный графитовый лист обладает максимальной гибкостью и применяется для изготовления прокладок в случаях, когда армирование недопустимо: уплотнение эмалированных, стеклянных и гуммированных фланцев, замена спирально-навитых прокладок при аварийном ремонте. Толщина неармированных листов составляет от 0,8 до 5,0 мм.

Армированный листовой графит

Армированный графитовый лист изготавливается путём совместной прокатки слоёв графитовой фольги с металлическим вкладышем — гладкой или перфорированной стальной лентой толщиной 0,1–0,2 мм, либо металлической сеткой. В качестве армирующего материала используется коррозионно-стойкая (нержавеющая) сталь марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2 или углеродистая сталь.

Армирование существенно повышает прочность листа на разрыв и выдавливание, а также увеличивает допустимое рабочее давление уплотняемого соединения. Перфорация стальной ленты обеспечивает механическое сцепление графита с металлом и улучшает упругие характеристики.

Листовой материал толщиной до 3 мм выпускается по бесклеевой технологии. Для толщин свыше 4 мм применяется многослойная конструкция — чередование нескольких слоёв графитовой фольги и перфорированной стали.

Марки листового графитового материала

На российском рынке листовой графит представлен несколькими системами обозначений. Наиболее распространённые — МГЛ (материал графитовый листовой) и ТМГ (терморасширенный материал графитовый).

Обозначения марок МГЛ

Система обозначений МГЛ включает указание типа конструкции и серии фольги. Первая цифра серии (1 или 2) указывает на серию графитовой фольги, вторая — на конструктивный тип листа:

Пример расшифровки: МГЛ-2-212-3,0/1,0 — материал графитовый листовой, серия фольги 2, армированный перфорированной сталью, толщина листа 3,0 мм, плотность графитовой составляющей 1,0 г/см³.

Обозначения марок ТМГ

Система ТМГ использует буквенные индексы для обозначения конструкции:

В полное обозначение марки ТМГ включаются: тип армирования (П1 — перфорированная лента, С1 — сетка и т. д.), марка графитовой фольги (В1, В2 и др.), толщина и размеры листа.

Технические характеристики листового графита

Эксплуатационные параметры листового графита определяются маркой фольги, наличием армирования, толщиной и плотностью. Ниже приведены типовые диапазоны характеристик, которые необходимо уточнять по документации на конкретную марку.

Основные физико-механические параметры

Температурные и давленческие пределы эксплуатации

Рабочая температура листового графита зависит от типа среды:

Максимальное давление рабочей среды — до 40 МПа (для армированных листов, данные определяются конкретной маркой и толщиной). Для неармированных листов при толщине менее 2 мм рабочее давление обычно не превышает 16–20 МПа.

В окислительной среде при температурах выше 450 °C графит начинает взаимодействовать с кислородом, что приводит к постепенной потере массы. Для марок фольги повышенной чистоты (серии «С» и «1С» в системе некоторых производителей) допускается эксплуатация в окислительной среде до +550 °C.

Свойства графитового листового материала

Химическая стойкость

Графитовый лист инертен к большинству коррозионных сред: органическим и минеральным кислотам, щелочам, растворителям, углеводородам, спиртам и эфирам. Он совместим с водой, водяным паром, лёгкими газами (водород, гелий, азот), хлорсодержащими соединениями.

Ограничения по химической стойкости: не рекомендуется применять в контакте с концентрированной серной кислотой (более 60%), концентрированной азотной кислотой (более 10%), хромовой кислотой, расплавами щелочных и щелочноземельных соединений.

Термостойкость и устойчивость к термоциклированию

Листовой графит не плавится, а подвергается возгонке при температурах свыше 3300 °C (в отсутствие кислорода). Материал сохраняет упругость и уплотнительные свойства при многократных циклах нагрева и охлаждения. Пластичность ТРГ не снижается под действием температуры и времени — это критическое преимущество по сравнению с паронитом и асбестосодержащими материалами, которые со временем охрупчиваются.

Антифрикционные свойства

Листовой графит обладает низким коэффициентом трения по стали. Это обеспечивает лёгкий демонтаж прокладок после длительной эксплуатации — графит не вулканизируется и не прикипает к металлическим поверхностям фланцев (при соблюдении допустимых температурных режимов).

Газонепроницаемость

При обжатии графитовый лист заполняет микронеровности уплотняемых поверхностей, обеспечивая надёжную герметизацию даже при невысокой чистоте обработки фланцев. Сжимаемость в диапазоне 15–50 % позволяет компенсировать неравномерность затяжки и термическое расширение деталей.

Области применения листового графита

Графитовые листы используются для изготовления прокладок, уплотняющих неподвижные разъёмные соединения — фланцы трубопроводов, соединительные фланцы арматуры, машин, аппаратов и резервуаров. Из листового материала нарезаются графитовые уплотнения различных конфигураций.

Нефтегазовая отрасль и нефтехимия

Графитовые прокладки применяются для уплотнения фланцевых соединений трубопроводов, по которым транспортируются нефтепродукты, газ, агрессивные реагенты. Химическая стойкость ТРГ к углеводородным средам и широкий диапазон температур делают листовой графит штатным материалом для нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств.

Энергетика и теплоснабжение

В тепловой и атомной энергетике графитовый листовой материал применяется для герметизации паропроводов, арматуры котлов и турбин. Допустимая температура в среде водяного пара до +650 °C и отсутствие старения при термоциклировании обеспечивают длительный срок службы прокладок.

Химическая промышленность

Стойкость к кислым, щелочным и органическим средам определяет использование листового графита в химической промышленности: аппараты синтеза, реакторы, теплообменники, ёмкостное оборудование. Безасбестовый состав материала исключает загрязнение технологических сред волокнами.

Машиностроение

Графитовые листы используются для изготовления прокладок головок блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных двигателей, компрессорного оборудования. Армированные листы обеспечивают необходимую прочность при высоких давлениях в моторных и компрессорных системах.

Пищевая и фармацевтическая промышленность

Графит из ТРГ не содержит асбеста, органических связующих и токсичных компонентов. Это позволяет применять прокладки в оборудовании, контактирующем с пищевыми и фармацевтическими средами, при соблюдении требований к чистоте конкретной марки.

Изготовление прокладок из листового графита

Прокладки и уплотнительные элементы нарезаются из листового графита по чертежам и размерам заказчика. Методы раскроя — механическая резка, штамповка, в ряде случаев — лазерная или гидроабразивная резка. Нарезанные прокладки сохраняют все свойства исходного листового материала.

При проектировании прокладки из листового графита необходимо учитывать уплотнительный коэффициент (коэффициент прокладки) и минимальное давление обжатия. Для армированных листов типовой уплотнительный коэффициент составляет около 2,0. Конкретные значения определяются по документации производителя и зависят от марки, толщины и рабочих условий.

Хранение и транспортировка

Листовой графитовый материал поставляется в деревянных ящиках. Хранение осуществляется в закрытых складских помещениях при температуре не выше +30 °C и относительной влажности 40–70 %. Материал должен быть защищён от прямого воздействия теплоизлучающих приборов, пыли, озона и механических повреждений. Типовой срок хранения листового графита из ТРГ — до 12 лет (при соблюдении условий хранения).

Формы поставки

Листовой графит поставляется в следующих формах:

Толщина листов — от 0,8 до 5,0 мм (неармированные) и от 1,0 до 4,0 мм (армированные). Поставка листового графита осуществляется по всей России. Условия, объём партии и сроки — по договорённости.