Углеграфит с фурановой пропиткой

Углеграфит с фурановой пропиткой — назначение и принцип работы материала

Углеграфит с фурановой пропиткой — это композитный конструкционный материал на основе искусственного графита, поры которого заполнены отверждённой фурановой смолой (полифурфуриловым спиртом). Пропитка устраняет открытую пористость углеграфитовой заготовки и формирует газонепроницаемую структуру с повышенной механической прочностью. Материал предназначен для работы в узлах трения и уплотнениях оборудования химической, нефтехимической и энергетической промышленности при температурах до 200–250 °C.

В отличие от фенолоформальдегидной пропитки, фурановая смола обеспечивает более высокую стойкость к кислым и органическим средам, а также лучшую совместимость с нефтепродуктами. Это делает углеграфиты с фурановой пропиткой востребованными в тех случаях, когда фенольные аналоги (антегмит АТМ-1, графитопласты серии АТМ) не обеспечивают достаточной химической стойкости или необходимого температурного диапазона.

Зачем пропитывать углеграфит — устранение пористости

Искусственный графит после графитации при 2400–3000 °C содержит от 15 до 40 % открытых пор. Размер пор составляет от 0,01 до 5 мкм, основная масса — около 1 мкм. В пористом состоянии материал проницаем для газов и жидкостей, что исключает его использование в уплотнениях и теплообменном оборудовании. Пропитка синтетическими смолами в автоклаве под давлением заполняет поровое пространство полимером; после отверждения формируется герметичная структура с повышенной прочностью.

В химической промышленности для пропитки углеграфитов используются фенольные смолы, фурановые смолы, модифицированные фенольные смолы, фурфуролацетоновые смолы, кремнийорганические смолы, а также расплавы металлов (баббит, свинец, олово). Выбор пропитывающего состава определяет химическую стойкость, допустимую рабочую температуру и механические свойства готового материала.

Сравнение основных типов пропитки углеграфитов

Тип пропитки	Макс. рабочая температура	Основная область применения
Фенолоформальдегидная смола	до 130–140 °C	Теплообменники, футеровочная плитка, антикоррозионная аппаратура
Фурановая смола (фурфуриловый спирт)	до 200–250 °C	Уплотнения насосов, торцевые уплотнения, кольца компрессоров
Баббит Б83	до 200 °C	Подшипники скольжения, вкладыши
Свинец, олово	до 300 °C	Пары трения в агрессивных средах
ПТФЭ (фторполимер)	до 250 °C	Теплообменники для окислительных и щелочных сред

Фурановая пропитка занимает промежуточное положение: допустимая рабочая температура выше, чем у фенольной, при сохранении высокой химической стойкости к неокислительным кислотам, хлорорганическим соединениям и нефтепродуктам.

Фурановая смола — химическая основа пропитки

Фурановые смолы — термореактивные полимеры на основе фурфурилового спирта (2-фуранметанола). Фурфуриловый спирт получают восстановлением фурфурола — альдегида, выделяемого из пентозансодержащих отходов сельскохозяйственного производства (кукурузные початки, подсолнечная лузга, древесные опилки). Поликонденсация фурфурилового спирта в присутствии кислотного катализатора приводит к образованию пространственно сшитой полимерной сетки.

Отверждённая фурановая смола устойчива к воздействию большинства минеральных кислот (соляной, серной, фосфорной), органических растворителей и хлорсодержащих соединений. Ограничением является контакт с сильными окислителями — азотной кислотой, хромовой кислотой, перекисями, гипохлоритами — которые разрушают фурановое связующее.

Процесс пропитки углеграфитовых заготовок

Пропитка выполняется в автоклаве. Предварительно высушенные углеграфитовые заготовки помещают в герметичную камеру, откуда откачивают воздух. Затем подают жидкую фурановую смолу и создают избыточное давление для принудительного заполнения пор. После извлечения заготовок из автоклава проводится термическое отверждение (полимеризация) при контролируемом нагреве. В зависимости от марки материала, процесс пропитки может повторяться два или более раз для достижения требуемой газонепроницаемости и прочности.

Марки углеграфитов с фурановой пропиткой — российские материалы

В отечественной промышленности углеграфиты с фурановой пропиткой представлены несколькими группами материалов, различающихся по зернистости базовой углеграфитовой заготовки, плотности и прочностным характеристикам.

НИГРАН (НИГРАН-В, НИГРАН-ВХ, НИГРАН-Х)

Серия антифрикционных углеграфитов с различными модифицирующими добавками. Применяются в радиальных уплотнениях масляных систем компрессоров авиационных двигателей, а также в механических уплотнениях насосов, работающих в кислых и щелочных средах. Материал НИГРАН-ВХ отличается высокой газоплотностью и прочностью на сжатие свыше 200 МПа. Подробнее — в статье Нигран.

ХИМАНИТ (ХИМАНИТ-Т, ХИМАНИТ-М)

Углеграфиты серии ХИМАНИТ выпускаются по ТУ 1915-013-27208846-01. Применяются в механических уплотнениях узлов трения насосов, работающих в агрессивных средах. Поставляются в виде втулок и колец. ХИМАНИТ-М отличается наибольшей плотностью в серии — не менее 1,87 г/см³.

АГФ-2600

Антифрикционный графит с фурановой пропиткой для работы при давлении до 4 МПа и скоростях скольжения до 5 м/с. Рабочая среда — нефтепродукты и агрессивные неокислительные жидкости. Подробнее — в статье Графит АГФ-2600.

УГ100Ф и УГ200Ф

Серия углеграфитов с фурановой пропиткой, позиционируемых как аналоги НИГРАН и ХИМАНИТ. Число в маркировке условно соответствует уровню прочностных характеристик базового углеграфита. Отличительная особенность — мелкозернистая структура, позволяющая изготавливать изделия с тонкостенными элементами (канавки, выступы шириной менее 3 мм), где крупнозернистые материалы серий НИГРАН и ХИМАНИТ не обеспечивают целостность при механической обработке.

Сравнение характеристик основных марок

Показатель	НИГРАН	НИГРАН-В	ХИМАНИТ-Т	ХИМАНИТ-М
Плотность, г/см³, не менее	1,65	1,80	1,80	1,87
Прочность на сжатие, МПа, не менее	88	127	98	68
Герметичность (азот, 0,98 МПа)	—	Герметичен	Герметичен	Герметичен
Макс. рабочая температура, °C	до 300	до 300	до 300	до 300

Области применения

Торцевые и радиальные уплотнения

Основная область применения — кольца пар трения торцевых уплотнений валов насосов и компрессоров. Углеграфит с фурановой пропиткой работает в паре с контртелами из нержавеющих сталей, сталей с покрытиями, твёрдых сплавов, оксидной керамики (Al₂O₃) и силицированного графита. Самосмазывающие свойства графитовой основы обеспечивают низкий коэффициент трения (0,03–0,08 при сухом трении) и возможность работы без подачи внешней смазки.

Теплообменное и химическое оборудование

Углеграфиты с фурановой пропиткой применяются в графитовых теплообменниках блочного и кожухотрубного типов для нагрева, охлаждения, конденсации и абсорбции агрессивных жидкостей. Теплопроводность углеграфитовой основы (20–30 Вт/(м·К)) в сочетании с коррозионной стойкостью пропитки обеспечивает эффективный теплообмен в средах, где металлическое оборудование быстро корродирует: разбавленные серная и соляная кислоты, хлорорганические растворители, фосфорная кислота. Рабочее давление графитовых теплообменников с фурановой пропиткой — до 0,6 МПа; рабочая температура — от минус 30 до +200 °C.

Нефтехимия и нефтепереработка

Уплотнительные кольца из углеграфита с фурановой пропиткой устанавливаются в нефтеперекачивающих насосах, запорной арматуре и компрессорном оборудовании. Фурановая смола инертна по отношению к нефтепродуктам, что является преимуществом перед фенольными аналогами.

Импортозамещение — подбор аналогов зарубежных углеграфитов

Зарубежные углеграфиты с фурановой и фенольной пропиткой, ранее поставлявшиеся для комплектации импортного оборудования (теплообменники, насосы, компрессоры), в настоящее время требуют замены на отечественные аналоги. Подбор производится по совокупности характеристик: плотность, прочность на сжатие и изгиб, газопроницаемость, максимальная рабочая температура и химическая стойкость к конкретной рабочей среде.

При запросе на подбор замены рекомендуется указать: условия эксплуатации (среда, температура, давление, скорость скольжения), геометрию изделия (чертёж или эскиз), а также марку заменяемого материала и его характеристики из паспорта оборудования.

Формы поставки

Углеграфиты с фурановой пропиткой поставляются в виде заготовок (стержни, втулки, бруски, блоки) и готовых изделий по чертежам заказчика: уплотнительные кольца, втулки, сегменты, пластины. Механическая обработка выполняется стандартным режущим инструментом. При обработке мелкозернистых марок (УГ100Ф, УГ200Ф) достижима высокая чистота поверхности, необходимая для уплотнительных пар трения.