Графит термостойкий

Графит — природный минерал класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Слоистая кристаллическая структура, в которой атомы углерода образуют прочные гексагональные слои, связанные между собой слабыми ван-дер-ваальсовыми силами, определяет уникальное сочетание свойств: огнеупорность, электро- и теплопроводность, химическую инертность и низкий коэффициент трения. Именно эти характеристики делают графит незаменимым материалом для работы при высоких температурах в металлургии, химической, нефтегазовой и энергетической промышленности.

Физико-химические свойства термостойкого графита

Термостойкость — ключевое свойство графита, обусловленное прочностью ковалентных связей в базисных плоскостях кристаллической решётки. Графит не плавится в обычных условиях, а сублимирует (переходит из твёрдого состояния непосредственно в газообразное) при температуре порядка 3600 °C. В вакууме или инертной атмосфере (аргон, азот) практическая рабочая температура графитовых изделий достигает 3000 °C, что ставит его в один ряд с самыми тугоплавкими материалами.

При этом в присутствии кислорода (на воздухе) заметное окисление графита начинается уже при 400–500 °C. Выше этого порога скорость потери массы быстро возрастает, углерод взаимодействует с кислородом с образованием CO и CO₂. Это принципиальное ограничение необходимо учитывать при выборе условий эксплуатации графитовых изделий.

Основные характеристики графита

Параметр	Значение
Твёрдость по Моосу	1
Плотность (природный)	2,08–2,23 г/см³
Температура сублимации	~3600 °C
Рабочая температура (инертная среда)	до 3000 °C
Начало окисления на воздухе	400–500 °C
Электрическая проводимость	анизотропная; параллельно слоям — высокая
Коэффициент трения	~0,05 (сухое скольжение)

Помимо термостойкости, графит обладает рядом свойств, ценных для промышленного применения: высокой теплопроводностью (которая уменьшается с ростом температуры), выраженной электропроводностью (зависящей от направления относительно базисных плоскостей), химической инертностью к большинству кислот, щелочей и расплавов солей, а также антифрикционными свойствами. Характерная особенность — прочность графита при нагреве до 2700 К примерно вдвое выше, чем при комнатной температуре, что существенно отличает его от большинства конструкционных материалов.

Терморасширенный графит (ТРГ) — основа уплотнительных материалов

Терморасширенный графит (ТРГ) — это полностью графитовый материал, получаемый путём термической обработки предварительно окисленного природного кристаллического графита. При быстром нагреве до 900–1000 °C внедрённые между слоями кристаллической решётки молекулы кислоты резко разлагаются, создавая расклинивающее давление, которое увеличивает объём частиц в десятки и сотни раз. Полученные чешуйки расширенного графита затем прокатываются без связующего в фольгу, листы и ленты.

ТРГ не содержит смол, асбеста и неорганических наполнителей. Это принципиально отличает его от традиционных уплотнительных материалов и определяет химическую стойкость к большинству агрессивных сред: кислотам (кроме концентрированной азотной и серной кислоты), щелочам, растворам солей, углеводородам, органическим растворителям, пару и воде. Подробнее о термически расщеплённом графите ТРГ — на соответствующей странице.

Рабочие характеристики изделий из ТРГ

Параметр	Значение
Температурный диапазон (окислительная среда)	от −200 до +600 °C
Температурный диапазон (инертная среда/вакуум)	до 2000 °C
Рабочее давление (прокладки неармированные)	до 20 МПа
Рабочее давление (прокладки армированные)	до 40 МПа
Плотность листового материала (ТРГ)	0,8–1,5 г/см³
Сжимаемость (МГЛ-100)	до 50 %
pH рабочих сред	0–14

Формы поставки графита термостойкого

Термостойкий графит и изделия на его основе поставляются в различных формах, выбор которых определяется условиями эксплуатации и конструкцией уплотняемых узлов.

Графитовая фольга и листовой материал

Графитовая фольга из ТРГ — базовый полуфабрикат для всех видов уплотнительной продукции. Поставляется в рулонах или листах. На основе фольги производятся листовые прокладочные материалы (МГЛ) различных модификаций: неармированные (МГЛ-100) — для невысоких давлений и армированные перфорированной нержавеющей сталью (МГЛ-200, МГ-140) — для высоких давлений и температур. Стандартные размеры листов — 1000×1000 мм и 1500×1500 мм, толщина — от 0,8 до 4,0 мм.

Прокладки уплотнительные из терморасширенного графита

Прокладки из ТРГ (обозначения: ПУТГ, ПГ, ПГА, ПТГ, ПАГФ) применяются для герметизации фланцевых соединений трубопроводов, арматуры, сосудов, аппаратов и насосов. Изготавливаются методом вырубки или вырезки из листового материала. По конструкции различают:

• неармированные — из чистого листового ТРГ, для давлений до 6–20 МПа (в зависимости от конструкции фланцевого соединения);
• армированные — с прослойкой перфорированной или гладкой нержавеющей стали, для давлений до 40 МПа;
• с обтюраторами (защитными кольцами) — с наружным, внутренним или комбинированным расположением ограничительных колец из нержавеющей стали.

Прокладки из ТРГ превосходят традиционные паронитовые аналоги по сжимаемости, химической стойкости и рабочему диапазону температур. Они не требуют идеального состояния уплотнительных поверхностей фланцев и обеспечивают надёжную герметизацию при термоциклировании.

Сальниковые набивки графитовые

Сальниковые набивки из ТРГ предназначены для уплотнения подвижных соединений: штоков арматуры, валов насосов, мешалок и компрессоров. Плетёные набивки изготавливаются из нитей терморасширенного графита, которые могут армироваться хлопчатобумажной нитью, стеклонитью, нитью инконель (жаропрочный сплав) или их комбинациями. Рабочая температура набивок — от −200 до +650 °C (в зависимости от типа армирования), давление — до 20–50 МПа. Графитовые набивки являются самосмазывающимися: коэффициент трения ТРГ по стальной поверхности составляет порядка 0,05–0,12, что на порядок ниже, чем у асбестовых набивок (0,3–0,5).

Кольца, втулки и фасонные изделия

Из ТРГ также производятся графитовые уплотнения в виде колец, втулок, манжет и других фасонных элементов для статических и динамических уплотнений. Графитовые уплотнительные кольца применяются в сальниковых камерах насосов, компрессоров и запорной арматуры, обеспечивая герметичность при температурах, недоступных полимерным уплотнениям.

Области промышленного применения

Термостойкий графит и уплотнительная продукция на основе ТРГ применяются в отраслях, где предъявляются повышенные требования к температурной и химической стойкости уплотнений.

Нефтегазовая и нефтехимическая промышленность

Прокладки и набивки из ТРГ используются для герметизации фланцевых соединений трубопроводов, работающих с нефтепродуктами, природным газом, углеводородами и органическими растворителями при повышенных температурах. ТРГ устойчив к большинству углеводородных сред, что позволяет применять его на нефтеперерабатывающих установках, газоперекачивающих станциях и буровом оборудовании.

Химическая промышленность

Химическая инертность ТРГ к кислотам (соляной, фосфорной, уксусной и другим — за исключением концентрированных азотной и серной), щелочам и солевым растворам делает его материалом для уплотнения оборудования в агрессивных средах: реакторов, теплообменников, колонных аппаратов, насосов и арматуры химических производств.

Энергетика

В тепловой и атомной энергетике графитовые прокладки и набивки применяются для уплотнения паропроводов, теплообменников, котельного оборудования и арматуры, работающей с перегретым паром и питательной водой при температурах до 600 °C. Низкая ползучесть и стойкость к термоциклированию обеспечивают длительный срок службы уплотнений без необходимости подтяжки.

Металлургия

Графит в инертной среде работает при температурах, недоступных большинству конструкционных материалов. В металлургии применяются графитовые тигли, кристаллизаторы, футеровочные плиты, электроды для дуговых и электрошлаковых печей. Прочность графита при 2700 К примерно вдвое превышает прочность при комнатной температуре, что объясняет его широкое использование в высокотемпературных процессах плавки и литья.

Преимущества ТРГ перед традиционными уплотнительными материалами

Терморасширенный графит пришёл на смену асбестосодержащим уплотнениям (паронитам, асбестовым набивкам) благодаря ряду принципиальных преимуществ. Рабочий диапазон температур ТРГ (от −200 до +600 °C в окислительной среде) значительно шире, чем у паронита (−50…+450 °C). Сжимаемость листового ТРГ достигает 40–50 % против 5–16 % у паронита, что обеспечивает лучшее заполнение неровностей уплотнительных поверхностей и герметизацию фланцев с дефектами. Удельное давление уплотнения для графитовых прокладок составляет 15–30 МПа, тогда как для асбестовых картонов — 50–100 МПа, что означает меньшее усилие затяжки фланцевого соединения. ТРГ экологически безопасен (не содержит асбеста), не стареет при хранении и эксплуатации, устойчив к радиационному воздействию.

Ограничения применения

Несмотря на широкий спектр рабочих сред, ТРГ имеет ограничения. Материал не применяется в контакте с концентрированной азотной кислотой (свыше 10 %), концентрированной серной кислотой (свыше 60 %), хромовой кислотой, расплавами солей щелочных и щелочноземельных металлов и сильными окислителями, включая фторсодержащие соединения при высоких температурах. На воздухе при температурах выше 500–600 °C графит активно окисляется, поэтому эксплуатация в открытой атмосфере при таких температурах без защитных мер нецелесообразна. Для работы на воздухе при повышенных температурах выпускаются модификации листового ТРГ с ингибитором окисления (рабочая температура до 650 °C).

Условия хранения графитовых уплотнительных материалов

Листовой графитовый материал и прокладки из ТРГ хранятся в закрытых складских помещениях, защищённых от прямого воздействия нагревательных приборов, при температуре не выше +30 °C и относительной влажности 40–70 %. Необходимо исключить воздействие озона, выхлопных газов и механических повреждений. При соблюдении условий хранения срок годности листового материала МГЛ составляет не менее 12 лет.