Расширяемый графит представляет собой графит, имеющий межслойную интеркаляцию, образованную путем введения соединения между слоями графитовых чешуек посредством реакции окислительной интеркалирования природного чешуйчатого графита. Когда вспениваемый графит помещают при высокой температуре, межслойный интеркалирующий материал быстро испаряется под действием высокой температуры, и образующийся газ будет создавать большое растягивающее напряжение для слоя графитового листа, и вспениваемый графит расширяется, и степень расширения увеличивается до нескольких десятков или сотен раз. Даже тысячи раз кажущийся объем после расширения составляет от 250 до 300 мл. Г или более. Расширенный графит имеет червеобразную форму размером от нескольких десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров и содержит большое количество уникальных микропористых структур в виде сети, называемых расширенным графитом или графитовыми червями. Расширяемый графит и расширенный расширенный графит имеют широкий спектр применений, таких как гибкий графит, антипирены, нанопроводящие наполнители, многозонные курильщики, экранирующие стелс материалы, маслопоглощающие материалы, микробные носители, медицинские перевязочные материалы. катализатор, иммобилизованный носитель, твердый электролит и т. д.
Расширяемый графит в настоящее время является очень важным классом функциональных графитовых материалов. В последние годы было выполнено большое количество применений расширяемого графита и расширенного расширенного графита, особенно в области уплотнительных материалов, которые были изучены в области расширенного графита и расширенного расширенного графита. Расширение области применения и ее широкое применение имеют большое значение.
1. Применение исследований в области уплотнительных материалов
Расширенный графит имеет большую удельную поверхность и высокую поверхностную активность, не требует связующего и не нуждается в спекании для формования под давлением. Графитовая бумага, рулон или лист, полученные литьем или прокаткой, называются гибким графитом. Гибкий графит не только сохраняет ряд превосходных свойств, таких как жаропрочность, коррозионная стойкость и герметизирующие свойства природного графита, но также обладает свойствами мягкости, упругости и низкой плотности, которых не имеет природный графит. Это очень превосходный герметизирующий материал. Используемый в химической, нефтяной, энергетической и других отраслях промышленности, он известен как «король печати».
Однако гибкий графит также имеет некоторые недостатки, которые нельзя игнорировать. Например, гибкий графит является пористым материалом, и если он используется непосредственно в качестве уплотнительного материала для прокладки головки блока цилиндров для автомобилей, он может вызвать проблемы с утечкой и не может многократно использоваться из-за залипания цилиндра. Кроме того, гибкий графит имеет низкую прочность, низкую износостойкость и не является стойким к истиранию, а также не идеален в качестве уплотнительного материала для некоторых насосов и клапанов. Таким образом, в последние годы, отечественные и зарубежные исследователи занимались изучением гибкого графита трудолюбивый для исследования и разработки гибкого графитового композиционного материала. Изучаемые гибкие графитовые композитные материалы включают металлические гибкие графитовые композитные материалы, полимерные гибкие графитовые композитные материалы и неорганические материалы - гибкие графитовые композитные материалы.
Металлопластичные графитовые композиты доступны как в металлизированном, так и в металлизированном исполнении. Первый изготавливается путем прессования пластины из нержавеющей стали или луженой шпоры или проволочной сетки из нержавеющей стали в гибкий графит, а также может быть изготовлен в виде гибкого графитового металлического коврика. Он может иметь отличную стойкость к высоким температурам и давлению и является наиболее часто используемым статическим уплотняющим материалом для применений при высоких температурах и высоких давлениях. Последний покрыт слоем хрома, молибдена, вольфрама и других металлов на поверхности гибкого графитового листа, чтобы стать специальным антикоррозийным графитовым продуктом.
Полимерные эластичные графитовые композитные материалы активно исследуются и разрабатываются в стране и за рубежом и изготавливаются из термореактивной смолы, термопластичной смолы, резины и волокна и гибкого графита. Способ получения термореактивной смолы и гибкого графитового композитного материала может быть прямым смешением или вакуумной пропиткой смолы с использованием графитового листа низкой плотности с последующим нагревом и прессованием. При получении термопластичной смолы и гибкого графитового композитного материала его можно непосредственно смешивать и прессовать, а также можно комбинировать путем поверхностного покрытия, поверхностного погружения, электростатического распыления или тому подобного. Резиновый и гибкий графитовый композиционный материал может быть сначала пропитан вспененным графитом жидким каучуком, затем высушен, а затем нагрет и прессован, резиновая жидкость также может быть распылена на поверхность вспененного графита, а затем высушена и подвергнута горячему прессованию, кроме того, также может быть применен процесс смешивания. подготовка. Кроме того, для полимерного гибкого графитового композитного материала исследователи также приклеивают органическое связующее к поверхности расширяемого графита, так что он карбонизируется при нагревании и расширении расширяемого графита и становится липкой углеродной пленкой или углеродным волокном, сцепленным друг с другом. Для повышения прочности, газонепроницаемости и других свойств гибкого графита.
Неорганический гибкий графитовый композит формуют под давлением с неорганическим связующим, таким как кремниевая кислота, силикат, фосфорная кислота, фосфат, борная кислота и борат. Прочность на растяжение и прочность на сжатие композитных материалов значительно улучшены, особенно отличная термостойкость, и идеально подходят для высокотемпературных уплотнительных материалов и высокотемпературных смазочных материалов. Кроме того, гибкий графитовый композитный материал также можно использовать в сочетании с углеродным волокном или тому подобным.
Гибкий графит и его композитные материалы имеют отличную стойкость к высоким и низким температурам, коррозионной стойкости, радиационной стойкости, сопротивлению сжатию и непроницаемости, поэтому они широко используются в динамических и статических уплотнениях в различных случаях в гражданских или военных областях. Основными вариантами являются набивка из вспененного графита, набивочное кольцо из вспененного графита, коврик из вспененного графита и металла, высокопрочная прокладка из вспененного графита и композитного металла, высокопрочный гаечный ключ из вспененного графита и композитного материала, набивка из пропитанного графита из углеродного волокна. Кроме того, гибкий графит и его композитные материалы также можно использовать в других областях, таких как электродные пластины. В настоящее время гибкий графит и его композиционные материалы постепенно вытесняют некоторые металлические материалы и органические материалы, и перспективы их развития чрезвычайно широки.
2. Применение исследований в области полимерных матричных композитов.
2.1 Огнестойкие композиционные материалы на полимерной основе
Расширяемый графит - это новый тип неорганического антипирена, который не имеет недостатков в органическом антипирене и легко распускается. Его можно использовать для замедления горения различных полимеров, что вызывает широкую озабоченность.
Когда вспениваемый графит используется для огнестойкости жесткого пенополиуретана, обнаружено, что вспениваемый графит обладает лучшей огнестойкостью, чем огнестойкий агент, не содержащий галогенов, такой как полифосфат аммония, триэтилфосфат, меламин, цианурат меламина и тому подобное. Существует синергетический или антисинергический эффект между не содержащим галогенов антипиреном и вспениваемым графитом, и синергетический эффект полифосфата аммония и триэтилфосфата с вспениваемым графитом является наилучшим. Красный фосфор и вспениваемый графит также обладают хорошими синергетическими эффектами, такими как композитный антипирен из красного фосфора и вспениваемый графит. Когда массовая доля составляет 10%, огнестойкий полипропилен имеет кислородный индекс 23,4, и Механические свойства хорошие, прочность на растяжение составляет 35,9 МПа, а ударная вязкость с надрезом составляет 0,71 кДж · м 2.
Расширяемый графит добавляется к защитному покрытию, может быть улучшена несгораемыми покрытия расширяемой углеродистого слоя пушистой открепления обрабатываемость недостатки крекингом, длительная огнестойкость стала. По сравнению с огнезащитными покрытиями с полифосфатом аммония / пентаэритритом / меламином в качестве огнезащитных составов огнезащитные покрытия с вспениваемым графитом в качестве огнезащитного состава имеют более превосходные огнезащитные свойства, лучшие теплоизоляционные свойства и более длительное время огнестойкости.
Кроме того, антипирен, который в основном состоит из вспениваемого графита, используется в качестве антипирена из войлока, обладает отличным антипиреновым эффектом, а антипирен из войлока относится к классу UL 94-V-0.
2.2 Проводящие композиты на основе полимеров
Расширяемый графит расширяется с образованием расширенного графита, а затем расширенный графит диспергируется в полимерной матрице в нанографитовом листе для получения нанопроводящего композиционного материала на основе полимера. Поскольку графит нанодисперсен в матрице, механические свойства матрицы не сильно снижаются, а графит является пластинчатым, поэтому в матрице легко сформировать проводящую сеть, и небольшое количество графита может обеспечить хорошую электропроводность. Это невозможно с другими проводящими наполнителями. Таким образом, исследования в области подготовки проводящих композитов на основе полимеров с использованием расширенного графита в качестве проводящего наполнителя стали горячей темой в последние годы.
Расширенный графит в качестве проводящего наполнителя для приготовления проводящих композитов на основе полимеров может быть использован методом интеркалирования in situ полимеризацией. Чэнь Гохуа и др. Диспергируют вспененный графит в 70% -ном водном растворе этанола, ультразвуком диспергируют в течение 8 часов, фильтруют и сушат для получения нанографитовых хлопьев, затем смешивают нанографитовые хлопья с мономером метилметакрилата и полимеризуют с получением полиметила. Для метилакрилатного / нанографитового композита порог проводящей перколяции композита составляет всего 1,0%, что намного ниже порога проводящей перколяции для композита полиметилметакрилат / обычный графит 5,5% при нанолистовом графите. Когда массовая доля составляет 4,0%, электропроводность композиционного материала составляет 103 См · см. Кроме того, некоторые исследователи использовали интеркалирование на месте полимеризации для получения нанопроводящих композитов из полистирола и полиамида и расширенного графита.
Расширенный графит в качестве проводящего наполнителя и полимерного композита также может быть использован для расширения метода интеркаляции расширенного графита и полимера. Метод смешанной интеркаляции имеет два метода: метод интеркаляции раствора и метод интеркаляции расплава. Проводящий композитный материал, полученный методом интеркаляции раствора Электропроводность хорошая, порог проводящей перколяции составляет около 2% (объемная доля), но процесс приготовления сложен и требует большого количества органического раствора, а стоимость процесса высока, а практическое применение незначительно. Метод интеркалирования расплава является наиболее перспективным методом, но проводящий композитный материал, полученный путем прямого интеркалирования расширенного графита с полимером, имеет плохую проводимость и высокий порог перколяции проводимости. Расширенный графит сначала обрабатывают поверхностно-активным веществом, а затем переплавляют с полимером.Процесс прост, и приготовленный проводящий композитный материал на основе полимера имеет превосходную электропроводность и низкий проводящий порог перколяции.
Расширенные графитовые черви могут использоваться в качестве проводящих наполнителей при приготовлении проводящих покрытий, которые имеют свойства, отличающиеся электрическим сопротивлением, по сравнению с обычными порошковыми покрытиями. Его абсолютное объемное удельное сопротивление на порядок ниже, чем у последнего, и оно практически не изменяется в зависимости от количества добавленного наполнителя. Оно имеет очень стабильное объемное удельное сопротивление, а его покрытие имеет эффективность электромагнитного экранирования более 40 дБ и плотность мощности нагрева воды 7 Вт. О см2.
3. Прикладные исследования в области окружающей среды
Поверхность расширенного графита имеет развитые поры, в основном мезопоры или макропоры, а поверхность неполярная, поэтому она обладает отличной адсорбционной способностью для неполярных макромолекул. Исследование показало, что расширенный графит обладает высокой адсорбционной способностью для масла, дизельного топлива, смазочного масла, керосина и т. Д., А скорость поглощения масла может достигать 70-80 раз или даже выше.
Расширенный графит является отличным масляным адсорбентом в воде. После адсорбции большого количества масла он может собираться в куски, плавать на поверхности воды, легко собираться, а также может быть переработан и переработан. В то же время, расширенный графит в основном состоит из чистого углерода, нетоксичен и химически инертен, и не вызывает вторичного загрязнения во время использования. Следовательно, расширенный графит можно использовать для поглощения нефти в море, реках и озерах, для удаления масла из эмульсий промышленных сточных вод и для удаления растворимых в масле веществ, таких как пестициды, и для того, чтобы иметь хорошие свойства для многих других органических или неорганических вредных компонентов. Эффект адсорбции.
Расширенный графит используется для очистки печатных и красящих сточных вод шерстяной мельницы. Средняя скорость удаления ХПК в сточных водах может достигать 40%, а средняя цветность может быть снижена на 40%. Средняя скорость удаления ХПК в сточных водах может достигать 20%, цвет. В среднем можно снизить на 20%. Высокотемпературная каменноугольная смола, полученная в коксохимической промышленности с расширенным графитом, также обладает хорошим адсорбционным эффектом и может быть эффективным средством для очистки коксующихся сточных вод.
В дополнение к тому, что он используется для селективной адсорбции в жидкой фазе, расширенный графит также может использовать характеристики селективной адсорбции расширенного графита для очистки газа. Расширенный графит обладает хорошей способностью к адсорбции и удалению выхлопных газов формальдегида, а также оказывает определенное влияние на удаление промышленных выхлопных газов и основных компонентов выхлопных газов автомобилей, таких как SO x и NOx.
4. Прикладные исследования в военной области
Расширенный графит измельчается в мелкий порошок и обладает хорошими характеристиками поглощения рассеяния для инфракрасных волн и является хорошим экранирующим (скрытым) инфракрасным излучением материалом. Расширяемый графит превращается в пиротехническую композицию, которая мгновенно взрывается с образованием расширенного графита и диспергируется в заданном воздушном пространстве и может образовывать аэрозольное интерференционное облако, образующее дымовой агент. Например, сильный окислитель хлорат калия и перхлорат калия используются для изготовления пиротехнической композиции, и подходящая последовательность воспламенения используется для осуществления сгорания и взрыва пиротехнической композиции, а экспансивный графит быстро расширяется и рассеивается в процессе взрыва для реализации интерференционной функции.
Исследование показало, что дымовая завеса из расширенного графита может хорошо ослаблять излучение волн 3 мм и 8 мм, а ослабление волн 3 мм и 8 мм составляет 17,0 дБ и 16,6 дБ соответственно, тогда как полосы из алюминиевой фольги имеют только 7,4 дБ и 4,1 дБ соответственно, поэтому их можно использовать. Дымовая завеса, создаваемая вспениваемым графитовым дымовым агентом, мешает обнаружению радаров миллиметрового диапазона.
Peng Junfang и др. Равномерно смешивают порошок гидроксида железа и порошок вспениваемого графита, а затем быстро расширяются при высокой температуре, так что мелкие частицы оксида железа, имеющие магнитные свойства, относительно равномерно диспергированы в графитовой матрице, тем самым получая превосходную электромагнитную волну, имеющую как проводимость, так и ферримагнетизм. Экранирующий материал.
5 Прикладные исследования в других областях
Расширяемый графит катализирует определенные химические реакции. Было обнаружено, что вспенивающийся графит обладает высокой каталитической способностью к синтезу н-бутилацетата, бензилацетата, диметилфумарата, пентаэритрита, бисбензальдегида и метилакрилата. Например, синтез н-бутилацетата, катализируемого вспениваемым графитом, время реакции составляет всего 55 мин, а выход сложного эфира составляет более 98%.
Благодаря отличным адсорбционным свойствам расширенного графита для органических и биологических макромолекул он имеет широкие перспективы применения в биомедицинских материалах. Университет Цинхуа и другие разработали экспансивный графит для изготовления медицинских повязок вместо медицинской марли.После более чем 300 экспериментов с мышами, крысами, морскими свинками и кроликами было доказано, что он не токсичен, не имеет побочных эффектов, не вызывает раздражения раневой поверхности, не чернеет и способствует исцеление. В 4 больницах Первого военно-медицинского университета, отделение ожогов, было проведено 114 клинических испытаний. Эффект лучше, чем у традиционного марлевого дренажа. Он обладает очевидным противоинфекционным, антибактериальным и противовоспалительным действием и может заменить 50-80% марли. Это достижение получило патент на изобретение и находится в стадии промышленной эксплуатации.
Добавление вспененного графита в композитный адсорбентный блок и композитный материал с теплообменом с фазовым переходом может значительно улучшить теплопроводность и эффективность массообмена. Используя характеристики сильной адсорбции расширенного графита и его собственного хорошего проводника, расширенный графит спрессовывается в определенную форму, и с помощью сшивающего агента можно получить неподвижное тело электролита с определенной прочностью, и можно получить легкую аккумуляторную батарею с превосходными характеристиками и удобным использованием. Кроме того, расширенный графит также может быть использован в качестве материала электрода или тому подобного.
6 Заключение
В будущем, в дополнение к дальнейшим исследованиям высококачественного гибкого графита и его композиционных материалов, применение расширяемого графита в композитных материалах на полимерной основе, в областях окружающей среды и электронагревательных элементах должно быть дополнительно изучено, чтобы сделать его широко доступным в этих областях. Продвигать приложение.
