解析不透性石墨的定义及制品核心特性

把一块有着很多孔隙的石墨板, 给使劲塞进反应釜的里面, 然后介质就顺着那些缝隙, 一点点地往设备里钻, 这样一来, 腐蚀、泄漏还有停产这些麻烦事, 全都会找上门来, 化工行业在这里边折腾了好几十年, 才把这个坑给填上, 最关键的地方, 就是藏在“不透性”这三个字里。

孔隙率三成是致命短板

人造石墨在经历焙烧工序以及石墨化工序之后, 里面的有机物会发生分解并且挥发掉, 从而会在其内部留下非常多、非常密集的孔洞, 根据行业里面进行的实测数据所表明出来的非常直观的结果来看, 这种材料的孔隙率普遍会处在百分之二十到百分之三十的这个区间范围之内, 并且在这些孔隙里面, 绝大部分都指的是那些互相连通的通孔, 由于石墨本身的物理构造状态更像是一块粗糙程度的筛子物体, 所以它完全不具备阻挡液体进行穿透的能力。

把这块筛子放进反应釜里面去, 反应介质的液体就会顺着那个孔道渗进内衬和支撑结构里去了。不仅说会让物料白白地流失掉, 而且设备内部还会被慢慢地腐蚀。如果只是轻微的话就会导致要停机检修, 如果情况严重的话会发生泄漏事故, 这在化工车间是一个真实存在的安全隐患。

浸渍堵孔是核心工艺

思路本身是非常直接的, 使用化学性质非常稳定的合成树脂材料来对孔隙进行填充并且将其完全封闭死锁, 操作步骤方面是先需要将石墨毛坯放置在液态树脂环境之中进行浸泡处理, 这样能够确保树脂能够渗透到内部存在的每一个微小孔穴之内, 接下来需要进行加热操作来实现固化效果, 经过这一系列流程之后, 孔隙就会被牢牢地焊接在一起不再打开, 在实施完浸渍和固化工艺之后, 材料的抗压强度指标会获得1至2.5倍数量的提升幅度, 与此同时其抗拉强度也能够得到4至5倍数量级的增强效果。

但是真正难的地方在于工艺的那些细节问题, 浸渍剂用哪种类型、温度控制在多少、压力压得多大、固化时间要持续多久, 哪怕任何的一个环节出现了偏差, 都一定会影响到最终的性能表现, 树脂它的黏度怎么样, 它发生固化的时候收缩率是多少, 这些东西会直接决定这个产品到底能够承受多大程度的由腐蚀性介质带来的高温损害情况, 同时也决定了它能够使用的机械寿命到底有多长那么长的时间。

酚醛树脂是成熟主流方案

当前, 在工业领域里被大量应用的, 主要是那种用酚醛树脂浸渍过的石墨产品。这种产品的制作方式是, 先拿石墨化电极当做基础材料, 根据设计好的图纸进行加工，然后把加工的部件放进酚醛树脂里进行浸泡, 最后在具有特定温度的环境以及施加的压力条件下完成固化过程。

经过上述处理工序之后的石墨板, 具备足够的强度去承受0.6 MPa的水压压力, 同时不会发生渗透现象, 此前存在的受压即泄漏的根本性缺陷已经被完美克服。

把处理温度提升到300℃之后, 树脂分子结构就会发生变化，从而使得对稀硝酸以及浓度在40%以下的碱液的耐腐蚀能力出现明显增强的效果。

但是因为这种变化也会带来机械强度有所下降这样的后果, 所以在实际工程应用过程当中, 必须需要根据具体的工作条件, 在耐腐蚀性能和机械强度这两个方面去找到一个适合两者兼顾的平衡情况。

糠酮树脂耐酸碱但窗口期短

糠酮树脂这东西, 它的原料是取之不尽的农副产品, 所以它的价格并不昂贵。更有趣的是, 它同时拥有抵抗酸性物质和碱性能力的两种特性，表现非常优秀。

关于具体的浸渍操作流程, 其实存在两条完全不同的路径, 第一条路径是先让材料浸泡在酸性固化剂里面, 然后进行热处理工作, 完成这些之后, 再去浸泡树脂本身；第二条路径则稍微简便一些, 也就是直接把固化剂加入到树脂混合物里, 这样可以一次性就把任务全部搞定。

另外, 如果使用糠醇这种单体并配合专门的氯化锌乙醇溶液来制作浸渍剂, 那么这个配方的保存时间可以延长到整整半年之久, 而且对于黏度大小的控制也相对容易得多。

但是, 有一个实操方面的难点是无法绕开的, 就是糠酮树脂会随着时间推移以及温度升高, 其黏度会持续增大, 直至彻底固化, 常规的存放窗口期只有50到60小时, 浸渍之后必须立刻进入固化工序, 只要产线节拍一卡住, 材料就会报废。

压型石墨一步成型造价更低

压型石墨走的是完全不同的路线, 不先做石墨再堵孔, 而是把人造石墨粉和合成树脂按比例混合, 在压力和温度下压塑成型, 一步到位。这种材料可以像金属一样车、锯、刨、钻, 也能用胶合剂拼接, 加工性能很突出。

在强度方面, 压型石墨比浸渍石墨的强度高一些, 具体来说是高出1到1.3倍, 而且它的造价也比铅、搪瓷还有不锈钢这些设备的造价要便宜不少, 主要的短板是它的导热系数只有浸渍石墨的三分之一, 并且如果它没有经过炭化处理的话, 线膨胀系数就会出现不稳定的情况, 同时胶结的部位也容易造成开裂, 所以需要进行300℃高温处理来缓解这些问题。

浇注石墨和实际选材思路

浇注石墨属于第三类工艺手段。这种工艺使用热固性树脂来作为黏结剂, 同时把石墨粉当作填料进行填充。在常温且常压的条件之下, 它的成型过程看起来像是像浇铸金属那样进行操作的。该方法的优点在于具备良好的流动性特点, 并且不需要借助高压设备来实现生产。

然而也存在一些缺点, 表现为承受冲击的能力比较差, 材质本身的脆性也很大, 导热方面的表现也不是很理想。此种材料适用于形状较为复杂的构件领域, 但仅限于那些不受太大力量作用的衬里部分以及密封元件的制作与使用需求上。

在实际工程的选型工作里面, 大家可以参考下面的这些情况。如果是面临常温条件下的稀酸或者稀碱环境, 用酚醛树脂来进行浸渍处理是最省心的一件事情。倘若工况属于强氧化性, 或者是处于高温的状态之下, 那么就应当选择沥青经过高温炭化后的产品, 又或者用水玻璃来实施浸渍处理。

当存在大批量的需求, 并且同时还要控制成本的时候, 压型石墨是更加划算的选择。要是遇到异形件的情况, 又或者需要进行现场施工浇筑, 那么使用浇注石墨的方式会显得最为灵活。

你们工厂里面现在使用的石墨板的浸渍工艺, 是采用的是哪一种类型的工作方法, 在生产的过程之中, 有没有遇到过因为渗透而导致泄漏的这样的麻烦和困扰, 欢迎大家进入到评论的区域里面来进行分享和交流, 如果觉得这个内容具有一定的使用价值, 就请动一动手指给点个赞, 然后转发给你身边那些做着设备工作的同事, 让大家都能看一下。