Виды пропитанного графита и руководство по выбору

Одинаковая обожжённая матрица из углеродного графита ведёт себя совершенно по-разному в зависимости от того, чем заполнены её поры: фенольная пропитка работает при -50 до 200°C, сурьма выдерживает высокотемпературные тяжелые нагрузки до 450°C, а ПТФЭ устойчива практически к любой среде. Неправильный выбор пропиточного состава — частая причина преждевременного выхода из строя уплотнений. В статье, организованной по средам, температуре и давлению, описаны рабочие пределы шести основных типов пропитанного графита — фенольного, фуранового, эпоксидного, сурьмового, баббитового и ПТФЭ — и приведена матрица выбора.

1. Важнейшая роль пропитки

Матрица из углеродного графита после обжига имеет пористость 10%-20% с взаимосвязанными порами, что приводит к проникновению среды и снижению механической прочности. Пропитка заполняет эти поры, внедряя жидкий или расплавленный пропиточный состав под давлением и закрепляя его.

1.1 Три основных цели

Основные задачи пропитки: во-первых, снизить пористость до менее 2% для обеспечения герметичности; во-вторых, повысить механическую прочность, особенно прочность на сжатие и ударную прочность; в-третьих, придать материалу специфическую химическую совместимость или термостойкость.

1.2 Контроль процесса глубины пропитки

Глубина пропитки должна проникать через весь поперечный срез изделия, иначе непропитанные участки станут каналами для проникновения среды. Huahao использует вакуумно-давления композитный процесс пропитки с вакуумом ≤-0,095 МПа, давлением 1,0-1,5 МПа и временем пропитки, регулируемым в зависимости от толщины стенки, чтобы обеспечить полное проникновение пропиточного состава.

2. Шесть основных типов пропитанного графита

2.1 Графит с пропиткой фенольной смолой

Пропитка фенольной смолой является наиболее распространённой, подходит для температур от -50°C до +200°C, устойчива к воде, маслам, слабым кислотам и щелочам, обладает хорошей механической прочностью и умеренной стоимостью. Типичные области применения включают насосы для чистой воды, масляные насосы и общие торцевые уплотнения. Недостатком является недостаточная стойкость к сильным окисляющим кислотам, таким как концентрированная азотная кислота.

2.2 Графит с пропиткой фурановой смолой

Графит с фурановой пропиткой обладает немного более высокой термостойкостью (-50°C до +250°C). Его главное преимущество — устойчивость к сильным кислотам и щелочам, особенно к соляной кислоте, серной кислоте и гидроксиду натрия, а также хорошая переносимость органических растворителей. Типичные применения включают химические реакторы, оборудование для травления и ионообменные мембранные электролизёры.

2.3 Графит с пропиткой эпоксидной смолой

Графит с эпоксидной пропиткой обеспечивает отличную адгезию и механические свойства, устойчив к воде, маслам и щелочным растворам, особенно подходит для санитарных применений в пищевой и фармацевтической промышленности. Однако термостойкость ниже (-50°C до +180°C), а кислотостойкость слабее, чем у фуранового графита.

2.4 Графит с металлической пропиткой сурьмой

Пропитка сурьмой является предпочтительным выбором для высокотемпературных условий с большими нагрузками, подходит для температур от -100°C до +450°C, твёрдость достигает 90-110 HS, значительно повышена прочность на сжатие. Применяется в высокотемпературных масляных насосах, уплотнениях турбин и насосах горячего масла. Однако графит с пропиткой сурьмой дороже и не устойчив к сильным кислотам.

2.5 Графит с пропиткой баббитовым сплавом

Графит с баббитовой пропиткой выдерживает температуры от -100°C до +350°C, обладает хорошей ударной вязкостью и антизалипающими свойствами, подходит для тяжёлонагруженных втулок, крупных подшипников и морских подшипников гребных винтов.

2.6 Графит с пропиткой PTFE

Графит с PTFE-пропиткой выдерживает температуры от -100°C до +250°C. Его главная особенность — высокая химическая инертность, устойчивость практически ко всем средам (кроме расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора), а также отличные низкофрикционные свойства. Подходит для фармацевтических, химических и пищевых применений, требующих высокой чистоты.

3. Матрица выбора

Для облегчения быстрого выбора инженерами Huahao организует матрицу выбора по трём параметрам: среда, температура и нагрузка.

3.1 По среде

Чистая вода и масла: достаточно фенольной пропитки; сильные кислоты и щёлочи: фурановая пропитка; сильные окисляющие среды: PTFE-пропитка; высокотемпературные масла: пропитка сурьмой; пищевая и фармацевтическая промышленность: эпоксидная или PTFE-пропитка.

3.2 По температуре

≤200°C: подходят фенольная, эпоксидная, PTFE и фурановая пропитки; 200-350°C: сурьма или баббит; 350-450°C: сурьма; ≥450°C: рассматривать чистый углеродный графит (без пропитки) или обработку карбонизацией.

3.3 По нагрузке

Лёгкая нагрузка (<1 MPa): все типы пропиток подходят; средняя нагрузка (1-3 MPa): смоляная, сурьма или баббит; тяжёлая нагрузка (>3 MPa): сурьма или баббит.

4. Обработка для специальных условий эксплуатации

Для особых условий, когда одна пропитка не удовлетворяет требованиям, можно рассмотреть композитную пропитку или индивидуальные составы. Например, для эксплуатации, требующей одновременно высокой температуры и высокой коррозионной стойкости, можно использовать комбинированный процесс: сначала пропитка сурьмой, затем PTFE-пропитка. Huahao может предоставить индивидуальные решения по пропитке на основе реальных условий эксплуатации.

5. Заключение

Выбор пропитанного графита — это междисциплинарная задача, сочетающая материаловедение и эксплуатационную инженерию. Инженерам следует осуществлять выбор на основе глубокого понимания характеристик среды, диапазона температур и условий нагрузки, используя представленную здесь матрицу принятия решений. Huahao Sealing Co., Ltd. обладает полным набором технологий пропитки. Свяжитесь с нашей технической командой для получения индивидуальных рекомендаций.