化工石墨制品：兼具耐腐蚀与高导热，全能材料应用解析

在化工厂里, 金属设备因为被腐蚀而被迫报废了, 同时塑料材料又实在无法承受高温的考验, 这种让人感到头痛的问题, 石墨电极工厂通过使用一种黑色的材料成功地加以解决了, 该材料不仅具备耐腐蚀、耐高温的特性, 还拥有导热与导电的功能, 并且适用于制作各种复杂形状的产品。

基础款炭材也有大用场

普通质炭的这个办法做法是很朴素的, 把石油焦或者沥青焦给破碎了, 然后加上沥青当黏合剂, 接着用水压机压成棒子、板子和管材这些形状, 之后呢再进到焙烧炉里去处理, 最后做出来的是微结晶炭这个东西, 耐磨性是非常强的, 最适合用来做成炉衬炭砖并且也能做成气体吸收塔的腊希格环。

如果想让它的价值变高一点的话, 那么就把它放进石墨化炉里面去, 接着让它处于两百五十度到三百度之间的高温环境下来进行通电加热, 这样做的原因在于能让内部的碳原子重新排列成一种层状的结构形式, 这样一来导热性能和导电性能就可以直接翻上好几倍了, 这种特性非常适合用来制作那些熔炼金属以及磷所需要使用的高温容器装置, 和钢材相比来说它既便宜的又能够耐得住腐蚀的。

给材料穿上防护服

普通炭材的内部有细孔, 流体气体就往里钻, 这等于穿了漏水的雨衣, 而不透性石墨的解法是浸渍操作, 就是把苯酚树脂或呋喃树脂灌进孔隙再把它们固化, 让缝隙填得严严实实, 从而做到让流体和气体都不透。

但树脂的耐热性存在上限, 普通的石墨不透料只能承受180度这一温度。如果在氮气保护环境下, 使用二乙烯苯单体进行加热固化处理, 其耐热性能能够提升至1000度以上。目前在石油化工行业里，热交换器、防腐蚀容器以及各类管道, 正在大规模地使用这种具备耐高温特性的不透石墨。

电解工艺的能量桥

石墨材料的导电性能好, 同时还能耐电解液腐蚀, 作为电极使用非常合适, 最典型的例子就是氯碱工业隔膜槽里用的石墨电极, 电流经过它的时候, 即使受到盐酸和碱液浸泡也不会生锈。

在饮用水的净化以及污水处理方面, 环保电极是离不开石墨的。跟金属电极比起来, 石墨不会遭到酸和碱的啃噬, 也就是不会被酸碱腐蚀出坑洞。它的使用寿命比较长。它的维护成本也比较低。正是因为有这些优点, 所以石墨电极工厂的订单才会保持稳定, 这是原因之一。

按需造孔的多孔质

多孔质炭和石墨的孔径是经过专门设计出来的, 在使用石油焦作为原料的时候, 对粒度的控制以及焙烧温度的把控都非常严格, 这样就使得气孔率能够达到百分之五十左右的样子, 而且孔的大小分布得很均匀, 这类材料是专门被制造出来用于实现过滤功能与气体扩散功能的。

更前沿的应用体现在燃料电池电极这一个方面。把苯酚树脂掺进酒精里面, 然后加上乳胶黏合剂来搞成型这个过程。孔径控制在0.1到1微米的范围, 这种材质兼具透气和导电的特性, 它就成为了燃料电池里名副其实的"心脏部件"。

性能数据说话

我们可以拿数据来做一组对比。那个不透石墨的抗拉强度是70MPa。这个数值差不多就是普通炭材的近10倍。在热导率方面, 不透石墨达到了127.6W/(m·K)。

而普通的炭质材料的热导率只有5.2。这里面差了25倍之多。再来看比电阻, 不透石墨的比电阻仅为0.0009Ω·cm。这说明它的导电性能真的非常强。

在密度方面, 它的指标更加直观可见, 因为石墨的材料密度仅仅只有软钢的四分之一, 而它的热的传导率却达到了钢材的二点五倍。如果我们把一根石墨棒加热到一千度的高温, 然后直接扔进冷水中, 它是绝对不会出现裂纹的。这种面对突然冷热变化而不破损的热冲击抵抗力, 是任何金属材料和塑料制品都完全无法做到的。

黑金英雄不可替

在原子反应堆里面, 液态的铋以及铅是在摄氏600度以上的温度环境下浸泡着石墨的, 这种情况之下照样都不会产生腐蚀的现象。

对于高压压缩机所使用的炭密封垫部件来说, 在石油化工的行业运作当中已经持续工作了十几年之久, 目前仍然还在正常的服役状态。假如说要选择在化工设备上使用石墨材质, 那么在很大程度上基本上就等于可以实现免维护的效果。

石墨有着耐腐蚀的优点, 它导热的性能特别好, 密度还特别小, 它能耐高温, 同时也好加工——这些互相矛盾的性能指标在石墨这个材料身上就统一起来了。你下一次路过化工厂的时候, 要是看到那些黑乎乎的换热设备和电解槽, 那个实际上就是被称为“黑金”的东西在默默地在承受工作。

在你的工作或项目团队中, 是否有经历过因为设备的腐蚀情况或者是耐高温性能的缺陷, 导致工作进度被困住、没法顺利用下去的经历呢? 欢迎大家在评论区进行分享与交流, 通过点赞以及转发的行为, 使得更多的相关人士能够看到这些内容。