- ▸카본 그라파이트 씰 링의 화학적 내성은 카본 본체와 함침재에 의해 공동으로 결정되며, 함침재가 약점으로 작용하는 경우가 많습니다.
- ▸페놀 수지 함침 M106H는 염산과 희석 황산에 강하며, 퓨란 수지 함침 M106K는 교대 산-알칼리 환경에 적합하고, 안티몬 함침 M106D는 고온 알칼리에 적합하지만 염화물 매체에서는 주의가 필요합니다.
- ▸선택 시 매체 농도, 온도, 유속, 접촉 재료를 명확히 정의한 후 호환성 빠른 참조표를 사용하여 초기 선별을 해야 합니다.
- ▸강한 산화 매체(50% 이상의 질산, 크롬산)에서는 어떤 함침 카본 그라파이트도 적합하지 않으므로 실리콘 카바이드 접촉 부품으로 전환해야 합니다.
카본 그라파이트 매트릭스 자체는 거의 모든 산과 알칼리를 견디지만, 실제 약점은 거의 항상 함침재에 있습니다. 페놀 수지 함침 카본 그라파이트는 염산과 희석 황산에 견디지만 알칼리에는 약하며, 퓨란 수지 함침은 산과 알칼리가 교대로 작용하는 환경에 견디고, 안티몬 함침은 고온 알칼리에 강하지만 염화물 매체에서는 부식이 발생합니다. 농도, 온도, 유속, 접촉 재료를 모두 명확히 한 후에 선택해야 합니다. 본 글에서는 화학 펌프 및 반응기에서의 실패 사례와 함께 호환성 빠른 참조표를 정리하였습니다.
1. 함침하지 않은 카본 그라파이트의 고유 내식성
구운 카본 그라파이트의 본질적인 화학적 특성은 카본 자체에 의해 정의됩니다. 상온에서 카본은 대부분의 산, 알칼리, 염과 반응하지 않으며, 강한 산화 조건에서만 천천히 산화됩니다. 100℃ 이하에서는 함침하지 않은 카본 그라파이트가 98% 황산, 37% 염산, 65% 질산(단기), 인산, 비산화성 불화수소산, 그리고 모든 농도의 수산화나트륨과 탄산나트륨에 견딥니다. 그러나 높은 다공성(10%~15%) 때문에 함침하지 않은 카본 그라파이트는 주로 라이닝이나 열교환기 같은 정적 부품에 사용되며, 씰링 마찰 쌍으로는 적합하지 않습니다.
2. 수지 함침 카본 그라파이트의 내식성
2.1 페놀 수지 함침 카본 그라파이트 (M106H)
경화된 페놀 수지는 고도로 가교된 네트워크를 형성하여 비산화성 산, 염 용액, 희석 알칼리에 대해 우수한 내성을 보입니다. 다음 매체에서 장기 사용이 가능합니다:
- 염산: 모든 농도, 최대 100℃
- 황산: 최대 70%, 최대 90℃
- 인산: 모든 농도, 최대 120℃
- 불화수소산: 최대 40%, 최대 60℃
- 수산화나트륨: 최대 30%, 최대 80℃
페놀 수지 함침 카본 그라파이트는 강한 산화 매체에서는 성능이 저하됩니다. 50% 이상의 질산, 70% 이상의 황산, 크롬산, 차아염소산은 수지의 산화 분해를 일으켜 다공성을 다시 열어버립니다.
2.2 퓨란 수지 함침 카본 그라파이트 (M106K)
퓨란 수지는 산과 알칼리 저항성 모두에서 페놀 수지보다 우수하며, 산-알칼리 교대 환경에 이상적입니다. 50% 수산화나트륨, 100℃ 조건에서 퓨란 수지 함침 카본 그라파이트는 장기간 안정적으로 작동합니다. 당사의 IJ 원심 펌프 부싱은 퓨란 수지 함침 카본 그라파이트로 제작되어 염소-알칼리 공장에 공급되었으며, 18개월간 무고장 운전 중입니다.
2.3 에폭시 수지 함침 카본 그라파이트
에폭시 수지는 알칼리와 다수의 유기 용매에 대해 좋은 내성을 제공하지만, 온도 제한이 낮아(≤ 150℃) 유기 용매가 포함된 상온 매체에 적합합니다.
3. 금속 함침 흑연의 내식성
3.1 안티몬 함침 흑연 (M106D)
안티몬은 알칼리에 비교적 안정하며 중저농도 황산에 내성을 가집니다. 다음 환경에서 우수한 성능을 보입니다:
- 수산화나트륨: 최대 50%, 최대 200℃
- 황산: 최대 60%, 최대 120℃
- 증기: 최대 450℃
- 열유: 최대 400℃
안티몬 함침 흑연은 염화물이 포함된 매체에서는 주의해서 사용해야 합니다. 염화 이온이 안티몬의 수동막을 파괴하여 핏팅 부식을 일으킬 수 있습니다. 해수 냉각 펌프 및 염수 폐수 처리에는 수지 함침 등급이나 실리콘 카바이드 접촉 부품 사용을 권장합니다.
3.2 구리 함침 흑연
구리 함침 흑연은 뛰어난 열전도율을 가지나 암모니아, 암모늄염, 강산에는 내성이 없습니다. 주로 고온, 저부식 환경에서 열 방출용 씰에 사용됩니다.
4. 유기 용매 서비스
카본 그라파이트 자체는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에탄올, 아세톤, 클로로포름, 디클로로메탄 등 대부분의 유기 용매에 대해 안정적입니다. 그러나 함침제의 내성은 신중히 확인해야 합니다: 페놀 및 퓨란 수지는 극성 용매에서 팽윤될 수 있으며, 에폭시는 케톤에서 분해됩니다. 유기 용매를 취급하는 펌프에는 무함침 고순도 흑연 또는 PTFE 함침 흑연을 권장합니다.
5. 빠른 호환성 참고표
| 매체 | 농도 | 온도 | 페놀 | 퓨란 | 안티몬 |
|--------|-------|-------|----------|-------|----------|
| 염산 | 모든 농도 | 끓는점 | 가능 | 가능 | 불가 |
| 황산 | 70% | 90℃ | 가능 | 가능 | 주의 |
| 질산 | 30% | 상온 | 불가 | 불가 | 불가 |
| 수산화나트륨 | 50% | 100℃ | 주의 | 가능 | 가능 |
| 해수 | — | 상온 | 가능 | 가능 | 주의 |
| 벤젠 | 100% | 상온 | 주의 | 가능 | 가능 |
| 증기 | — | 400℃ | 불가 | 불가 | 가능 |
6. 일반적인 선택 오류
1.카본 그라파이트를 무조건 내식성 재료로 간주하여 함침제 영향을 무시하고 산화성 매체에서 조기 고장을 초래하는 경우
2.온도 영향을 간과하는 경우: 상온에서는 허용되던 매체가 고온에서는 부식을 가속화할 수 있음
3.접촉 부품의 갈바닉 부식을 간과하는 경우: 카본 그라파이트가 음극 역할을 하여 접촉 금속 부품의 부식을 촉진할 수 있음
결론
카본 그라파이트의 화학적 호환성은 함침제와 카본 본체 성능의 복합 결과입니다. 엔지니어는 매체 농도, 온도, 유속, 접촉 재료를 정의한 후 이 호환성 표를 초기 선별에 활용할 것을 권장합니다. 복잡한 서비스나 신규 매체의 경우, 신뢰성 있고 비용 효율적인 씰링 솔루션 확보를 위해 운영 조건을 당사 엔지니어링 팀과 공유하여 공동 평가를 받으시기 바랍니다.