Графитная мастика

Графитная мастика — пластичный смазочный состав, в котором мелкодисперсный графит выполняет роль твёрдого наполнителя. Графит обладает слоистой кристаллической структурой: слои атомов углерода легко скользят друг относительно друга, что обеспечивает низкий коэффициент трения в зоне контакта. На практике графитсодержащие мастики снижают износ деталей, защищают металл от коррозии и облегчают работу тяжелонагруженных механизмов.

Ниже рассмотрены основные типы графитных мастик, их свойства, области применения и нормативные требования — с акцентом на информацию, полезную для инженеров, технологов и специалистов по снабжению.

Виды графитных мастик по назначению

Графитные мастики различаются по составу и функциональному назначению. Каждый тип решает конкретную производственную задачу.

Антифрикционная графитная мастика (смазка)

Антифрикционная мастика предназначена для снижения трения скольжения и уменьшения износа соприкасающихся деталей. Наиболее распространённая разновидность — графитная смазка УСсА, нормируемая по ГОСТ 3333-80. Она представляет собой высоковязкое нефтяное масло, загущённое кальциевым мылом синтетических жирных кислот, с добавлением порошкового графита (около 10 % от массы).

Применяется для смазывания грубых тяжелонагруженных тихоходных механизмов: открытых шестерёнчатых передач, резьбовых соединений, ходовых винтов, домкратов, рессор. Смазка водоупорна, что делает её пригодной для работы в условиях повышенной влажности.

Противопригарная графитная мастика

В литейном производстве противопригарные составы на основе графита наносят на рабочие поверхности литейных форм и стержней. Графитовый слой создаёт разделительный барьер, препятствующий прилипанию расплавленного металла к форме. Это улучшает качество поверхности отливок и продлевает срок службы оснастки. Противопригарные мастики могут поставляться в виде густых паст или водных суспензий.

Консервационная мастика

Консервационные графитные составы используют для защиты металлических деталей от коррозии при длительном хранении и транспортировке. Графит в сочетании с масляной основой создаёт плотную плёнку, изолирующую поверхность металла от контакта с влагой и агрессивной средой.

Канатная мастика

Канатная мастика служит для защиты стальных канатов (талевых, грузовых) от коррозии и износа. Графит в её составе обеспечивает снижение трения между проволоками каната, а масляно-битумная основа — защиту от влаги. Состав наносится на канат при его эксплуатации или консервации.

Уплотнительная графитная мастика

Уплотнительные мастики на основе графита применяются для герметизации резьбовых и фланцевых соединений, набивки сальников. Графит придаёт составу химическую стойкость и работоспособность в широком диапазоне температур. Такие мастики востребованы в трубопроводной арматуре, насосном оборудовании и теплоэнергетике.

Токопроводящая графитная мастика

Токопроводящая мастика на основе графита предназначена для снижения переходного электрического сопротивления в контактных соединениях проводников. Графит — один из немногих неметаллических материалов с хорошей электропроводностью. Мастика заполняет микронеровности на поверхностях контактов, увеличивая эффективную площадь электрического соединения. В результате сопротивление в стыке уменьшается, а нагрев — снижается.

Токопроводящая графитная мастика: свойства и применение

На поверхностях любых сопрягаемых металлических деталей неизбежно присутствуют микронеровности — даже после тщательной механической обработки. При болтовом соединении двух токоведущих шин фактическая площадь контакта составляет лишь малую долю от номинальной. Это увеличивает переходное электрическое сопротивление, вызывает локальный нагрев и ускоряет окисление.

Токопроводящая графитная мастика решает эту задачу: при нанесении она заполняет все поры и пустоты между контактирующими поверхностями. Проводящая площадь увеличивается, и сопротивление стыка снижается. Кроме того, мастика герметизирует соединение, предотвращая попадание влаги, пыли и образование оксидных плёнок на контактах.

Применение токопроводящей мастики в системах заземления и молниезащиты

В системах заземления и молниезащиты токопроводящую графитную пасту наносят на резьбовые соединения заземлителей, соединительные муфты и стыки между элементами контура. Это уменьшает переходное сопротивление контактов и одновременно защищает соединения от коррозии, что важно для подземных конструкций, подверженных воздействию грунтовых вод и агрессивных солей.

Графитная мастика для гальванопластики

В гальванопластике токопроводящий слой необходим на поверхности непроводящих предметов (восковых моделей, пластиковых форм), чтобы обеспечить осаждение металла из электролита. Для этого на изделие наносят тонкий слой графитсодержащего состава — мастики или спрея — и дают ему полностью высохнуть. После этого изделие помещают в гальваническую ванну и подключают к электрической цепи.

При работе с графитной мастикой для гальванопластики важно обеспечить равномерное и тонкое нанесение — толстый слой может отслоиться или дать неравномерное покрытие. Графитовый спрей наносить проще и он быстрее высыхает, но его расход дороже. При серийном производстве мастика экономичнее.

Антифрикционная графитная смазка по ГОСТ 3333-80: технические требования

Графитная смазка УСсА нормируется действующим межгосударственным стандартом ГОСТ 3333-80 (с изменениями № 1, 2, 3). Обозначение по ГОСТ 23258 — СКа 2/6-гЗ. Ниже приведены физико-химические показатели согласно стандарту.

Показатель	Норма	Метод испытания
Внешний вид	Однородная мазь от тёмно-коричневого до чёрного цвета	По п. 4.2 ГОСТ 3333-80
Температура каплепадения, °С, не ниже	77	ГОСТ 6793
Пенетрация при 25 °С с перемешиванием (60 двойных тактов), мм·10⁻¹, не менее	250	ГОСТ 5346 (метод B)
Испытание на коррозию на пластинках из стали марки 40, 45 или 50	Выдерживает	ГОСТ 9.080
Коллоидная стабильность, % выделившегося масла, не более	5	ГОСТ 7142
Массовая доля воды, %, не более	3	ГОСТ 2477
Предел прочности на сдвиг при 50 °С, Па, не менее	100	ГОСТ 7143 (метод Б)
Вязкость при 0 °С и среднем градиенте скорости деформации 10 с⁻¹, Па·с, не более	100	ГОСТ 7163

Примечание. Предел прочности на сдвиг и вязкость определяются изготовителем до введения наполнителя (графита). Показатели «Пенетрация» и «Коллоидная стабильность» определяются при поставке на экспорт.

Рабочий температурный диапазон

Температурный интервал применения графитной смазки УСсА — от −20 до +60 °С. Допускается использование при температурах ниже −20 °С в рессорах и аналогичных устройствах, где смазка работает преимущественно на сжатие.

Требования безопасности

По степени воздействия на организм смазка относится к 4-му классу опасности (малоопасные вещества) по ГОСТ 12.1.007. Предельно допустимая концентрация масляного тумана масляной основы в воздухе рабочей зоны — не более 5 мг/м³. Смазка взрывобезопасна, температура вспышки — выше 210 °С. Гарантийный срок хранения — 5 лет со дня изготовления.

Область применения антифрикционной графитной мастики

Графитная смазка УСсА по ГОСТ 3333-80 используется в промышленности повсеместно. Основные объекты применения:

Объект применения	Функция графитной смазки
Открытые зубчатые передачи	Снижение износа зубьев, уменьшение шума
Резьбовые соединения (трубы, шпильки, болты)	Предотвращение пригорания и заедания резьбы при нагреве
Ходовые винты, домкраты	Снижение усилия перемещения, защита от коррозии
Рессоры, торсионные подвески	Устранение скрипа, снижение межлистового трения
Лебёдки, тросовые системы	Защита каната от коррозии и износа
Опоры буровых долот	Работа под высокими нагрузками при умеренных скоростях

Графитная смазка водоупорна и работоспособна в контакте с водой, что делает её применимой на открытом воздухе и в условиях повышенной влажности.

Графитовые составы для уплотнений: торцевые и сальниковые

Графит — один из основных материалов, применяемых в парах трения торцевых и сальниковых уплотнений. Графитовые кольца и втулки обеспечивают герметизацию вращающихся валов насосов, мешалок, компрессоров и другого оборудования.

Графит в торцевых уплотнениях

Торцевое уплотнение состоит из пары колец — вращающегося и неподвижного, — которые плотно прижимаются друг к другу по торцевым плоскостям. Графит используется как материал одного или обоих колец. Его достоинства в этом применении: низкий коэффициент трения, способность к самосмазыванию, химическая стойкость к большинству агрессивных сред, теплопроводность.

Для торцевых уплотнений применяют пропитанные графиты (пропитка синтетическими смолами, металлами, сурьмой) и силицированный графит (графит с включениями карбида кремния). Силицированный графит сочетает высокую твёрдость и износостойкость с антифрикционными свойствами графита, что обеспечивает длительный ресурс уплотнений в абразивных средах.

Подробнее о графитовых уплотнениях — на соответствующей странице каталога.

Пары трения «графит — керамика»

Комбинация «графитовое кольцо — керамическое контртело» — одна из наиболее распространённых пар трения в торцевых уплотнениях. Керамика (оксид алюминия Al₂O₃, карбид кремния SiC) обеспечивает высокую твёрдость и стойкость к износу, а графит — низкое трение и способность к самосмазыванию. Такие пары применяются в насосном оборудовании, мешалках, турбомашинах, оборудовании пищевой, химической, нефтехимической промышленности и в системах водоснабжения.

Выбор конкретной пары трения (силицированный графит — SiC, углеграфит — Al₂O₃ и т. д.) зависит от рабочей среды, температуры, давления и скорости вращения вала. Двойные торцевые уплотнения обеспечивают дополнительную защиту при работе с опасными, токсичными или взрывоопасными средами.

Графит в сальниковых набивках

Сальниковые уплотнения на основе терморасширенного (вспученного) графита — современная альтернатива асбестовым набивкам. Графитовая набивка работает в широком диапазоне температур, химически инертна, не требует частой подтяжки. Она поставляется в виде шнуров, колец, листовых прокладок и используется в запорной арматуре, насосах, теплообменном оборудовании.

Формы поставки графитных мастик и смазочных составов

Графитсодержащие смазочные материалы поставляются в различных формах, выбор которых определяется технологическими задачами потребителя:

Форма поставки	Характеристика
Пластичная смазка (мастика)	Густой пастообразный состав в банках, вёдрах, бочках. Содержание графита 10–12 %
Графитная паста	Концентрированный состав с повышенным содержанием графита (30–80 %), для точечного нанесения
Графитовый спрей (аэрозоль)	Удобен для обработки труднодоступных мест, быстро высыхает
Водно-графитовая суспензия (эмульсия)	Для литейного производства, противопригарных покрытий
Графитовый порошок (сухой)	Компонент для самостоятельного приготовления суспензий и паст

Хранение и условия работы с графитной мастикой

Графитную смазку УСсА хранят в плотно закрытой заводской таре при условиях, предусмотренных ГОСТ 1510. При разливе смазку собирают в ёмкость, место разлива протирают ветошью, которую убирают в металлический ящик. Производственные помещения должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией; оборудование заземляют для защиты от статического электричества.

При работе применяют средства индивидуальной защиты. В случае возгорания используют тонкораспылённую воду, пену или порошковые составы.

Рекомендации по выбору графитного смазочного состава

При подборе графитной мастики или смазки для конкретного применения следует учитывать несколько факторов.

Рабочая температура. Стандартная смазка УСсА по ГОСТ 3333-80 рассчитана на диапазон от −20 до +60 °С. Для более широких температурных условий подбирают специализированные составы.

Тип нагрузки. Для тяжелонагруженных тихоходных механизмов подходит стандартная графитная смазка. Для быстроходных узлов графитные смазки, как правило, не применяют — графит при высоких скоростях может работать как абразив.

Среда эксплуатации. В электрических контактах используют токопроводящие пасты. Для литейного производства — противопригарные суспензии. Для герметизации — уплотнительные мастики.

Совместимость с материалами. Графитная смазка на кальциевом мыле не рекомендуется для подшипников качения и высокоскоростных узлов. При контакте с алюминием и его сплавами следует учитывать возможность электрохимической коррозии во влажной среде.