Grafiidi täiteained on funktsionaalsed materjalid, mis koosnevad grafiidist kui südamiku materjal ja millele on lisatud teiste lisakoostisosadega. Neid kasutatakse laialdaselt tihendamisel, määrimisel, elektrijuhtivusel ja korrosioonikindlusel. Nende põhitoimingud sõltuvad peamiselt nende põhikomponentide koostisest ja suhtest, eriti grafiidi enda ja lisaainete kvaliteedist.
Grafiit: grafiidi täiteainete põhikomponent
Grafiit on grafiidi täiteainete peamine komponent, mis moodustab tavaliselt 60–95% kogu koostisest, sõltuvalt rakendusnõuetest. Nii looduslikku kui ka sünteetilist grafiiti saab kasutada toorainena, kuid nende mikrostruktuurid ja omadused erinevad. Naturaalse grafiidi (näiteks helveste grafiidil) on kihiline kristallstruktuur, millel on nõrgad vahepalade sidemed, mis muudab selle hõlpsaks delamineerumiseks, mille tulemuseks on suurepärane ise - määrimine. Seevastu sünteetiline grafiit (näiteks kõrge - temperatuur kaltsineeritud petrooleumkoks - põhinev grafiit) on üldiselt puhtamad ja sellel on madalam lisandite sisaldus, mis muudab selle sobivaks rakenduste jaoks, mis nõuavad ranget keemilist stabiilsust.
Grapiidi suurepärased omadused muudavad selle põhitäidiseks:
1.
Self - määrimine: grafiidikihid libisevad üksteise vahel kergesti, vähendades kulumist kuiva hõõrdumise korral või madala - määrdetingimuste korral.
2.
Kõrge temperatuuriga takistus: grafiit võib töötada õhus stabiilselt kuni umbes 450 kraadi ja isegi üle 3000 kraadi inertses gaasis.
3.
Keemiline stabiilsus: grafiidil on hea resistentsus enamiku keemiliste söötmete suhtes, välja arvatud tugevad oksüdeerivad happed (näiteks kontsentreeritud lämmastikhape ja väävelhape).
4.
Juhtivus: grafiidil on suurepärane elektrooniline juhtivus, mis muudab selle sobivaks juhtivaks tihendamiseks või antistaatiliseks kasutamiseks.
Abi koostisosad: võti üldise jõudluse parandamiseks
Kuigi peamine komponent on grafiit, näevad puhtad grafiidi täiteained sageli keerukate töötingimuste nõudmiste täitmise nimel. Seetõttu lisatakse nende jõudluse optimeerimiseks sageli lisakomponente. Levinumad lisakoostisosad hõlmavad järgmist:
1. köited (näiteks vaigud, kummid või metalloksiidid)
Kinnitused suurendavad grafiidi täiteainete mehaanilist tugevust ja vormitavust, muutes need sobivaks erinevateks töötlemistehnikateks (näiteks vormimine, ekstrusioon või immutamine). Näiteks:
• Vaigusidemed (näiteks fenoolvaigud ja epoksüvaigud): need suurendavad täiteaine kõvadust ja keemilist vastupidavust, muutes need sobivaks staatiliseks tihendamiseks.
• Kummist sideained (näiteks nitriilkumm ja fluorosubber): suurendage paindlikkust ja dünaamilist tihendus jõudlust, mis sobib vastastikku või pöörlevate tihendite jaoks.
• Metalloksiidid (näiteks tsinkoksiid ja alumiiniumoksiid): parandage soojusjuhtivust ja kõrget - temperatuuritakistust.
2. tugevdavad kiud (näiteks süsinikkiud, klaaskiud ja aramiidkiud):
Grafiidi täiteainete mehaanilise tugevuse ja kulumiskindluse parandamiseks lisatakse sageli tugevdavaid kiude. Näiteks:
• Süsinikkiud: ühendab kõrge tugevuse ja kõrge - temperatuuritakistuse, mis sobib kõrgele - temperatuurile ja kõrgele - rõhu tihendamiskeskkonna jaoks.
• Klaaskiud: madalad kulud ja parandab täiteainet pisaratakistust.
• Aramid kiudained: pakub eriti suurt kulumiskindlust ja tõmbetugevust, mis sobib äärmuslike töötingimuste jaoks.
3. tahked määrdeained (näiteks molübdeeni disulfiid ja polütetrafluoroetüleen (PTFE))
Mõnes kõrgel - koormus või madal - kiiruse hõõrderakendustes ei pruugi grafiit pakkuda piisavat määrdeainet, seega lisatakse ka muid tahkeid määrdeaineid:
• Molübdeeni disulfiid (MOS₂): suurepärane jõudlus kõrgetel temperatuuridel ja kõrgetel koormustel, mida sageli kasutatakse koos grafiidiga.
• Polütetrafluoroetüleen (PTFE): sellel on äärmiselt madal hõõrdetegur ja sobib tihendusrakenduste jaoks, mis vajavad madalat hõõrdumist.
Spetsiaalsete grafiidi täiteainete kompositsiooni reguleerimine
Grafiidi täiteainete koostist saab kohandada vastavalt erinevatele rakendustele:
• korrosioon - resistentsed grafiidi täiteained: happe- ja leelise takistuse parandamiseks lisatakse metallipulbrid nagu nikkel ja hõbe.
• Juhtivad grafiidi täiteained: juhtivuse suurendamiseks on suurenenud grafiidi puhtus ja vaskpulbrit või süsiniknanotoru.
• High-Purity Graphite Fillers: High-purity (>99%) Sünteetilist grafiiti kasutatakse lisandite vähendamiseks, vastates pooljuhtide ja tuumatööstuse nõuetele.
Grafiidi täiteained koosnevad peamiselt grafiidist, jõudlus optimeeritakse lisamaterjalide, näiteks sideainete, tugevdavate kiudude ja tahkete määrdeainete teadusliku proportsiooni kaudu. Ülim jõudlus sõltub grafiidi tüübist (looduslik või sünteetiline), selle puhtus ja komposiitkomponentide valimine. Tööstustehnoloogia edusammudega muutub grafiidi täiteainete koostis veelgi rafineeritumaks, et vastata kosmose-, energia- ja keemiatööstuse rangetele nõuetele ning kõrgele - lõppseadmetele.
