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1、石墨承压元件浸渍、粘接培训教材（征求意见稿）一、石墨制压力容器的基本知识（浸渍、粘接共用）广义地讲， 凡盛装压力介质的密闭容器称为压力容器。根据不同的用途，压力容器可以有不同 的尺寸、容积和形状，可以承受不同的压力，使用于不同的温度，所盛装的介质可以是各种不同的 物态，物性或具有特殊的化学腐蚀、 易燃、 易爆或毒性危害。 制造压力容器的材料可以是钢铁材料， 有色金属或非金属材料。用石墨材料制作的压力容器，即为石墨制压力容器。 石墨分为天然石墨和人造石墨二种，天然石墨由于纯度较低，一般含杂质量高，组织松散，至 今未用于制作石墨设备。石墨制压力容器主要由人造石墨作为制作材料。1. 人造石墨人造石墨
2、由焦碳、沥青混捏、压制成型，在窑炉中隔绝空气焙烧， 在1300C下保持20天左右, 再在2400C3000C高温下石墨化处理（未经石墨化处理的制品，不具备石墨性能）。1.1 人造石墨的孔隙人造石墨在焙烧的过程中， 由于有机物的分解逸出， 造成石墨材料的多孔性， 国内的电极材料 多达 20 30%，这种孔隙具有开孔、闭孔、孔与孔之间相连的通孔以及内部开裂的结构性质。因此 气、液相及蒸汽等介质，容易串连渗透，影响了石墨制材料的使用。但国外，采用的精细专用石墨材料其颗粒度和空隙率相对都很小，其强度等性能更优异。1.2 人造石墨的不渗透采用浸渍的方法， 达到不渗透的目的， 浸渍剂不仅作为填孔之用， 还
3、能增强浸渍后石墨的机械 强度。2. 石墨制压力容器的特点用石墨制压力容器的历史，远远晚于金属材料，对它的专业设计，研究工作更是滞后。因此，石墨设备的结构设计，强度计算，至今都借鉴于金属专业。但由于石墨材料的耐蚀性能、物理机械 性能，以及它的加工制造工艺的特点，使它具备了有别于金属设备的结构、设计、计算以及检验和 维修方法。2.1 石墨具有广谱的耐腐蚀性能和抗溶剂性能。2.2 高导热性能不仅在非金属材料中首屈一指，与金属材料相比亦十分突出。2.3 石墨的低强度与脆性，使得用石墨制作的承压元件不宜承受较高的拉应力和剪切力，这是 石墨制压力容器目前还局限于较低压力层面使用的主要原因之一。3. 石墨制
4、压力容器的适用范围3.1工作压力：O.IMpam , 1.8 x310 1.8 x310抗拉强度MPa 16.7 11.0抗压强度MPa 73.5 60.0抗弯强度MPa 50.0 27.0线胀系数1/C8.2 沁06(129 C )W 5.7 x6(00 C )热导率W/(m? C)100 （参考值）注：浸渍石墨中用于制造换热块的石墨化石墨原材料应符合YE/T4088的要求，其中电阻率应720mm贡栓(4)压缩机：工作压力 0.6Mpa设备的规格及型号视浸渍工件的大小与量而定2、浸渍剂的功能要求2.1能与石墨材料有一定的亲和力，可以在固化(或塑化)后与石墨材料粘接牢，以利抗渗与 提高材料强度
5、，从这点衡量，酚醛优于呋喃树脂，而PTFE最差；2.2可以制成粘度不大的液体，流动性好，以便通过加压能浸润到微细孔隙中；2.3可以通过不太复杂的工艺就可以使已浸润到微孔内的浸渍剂在孔内固化，对此则酚醛最佳,呋喃、环氧其次，PTFE则固化温度较高；2.4具有一定的耐腐蚀性，耐溶剂性。对比，PTFE最优，酚醛、呋喃、环氧、二乙烯苯等各有优点；2.5具有一定的耐热性，对此，水玻璃较优，PTFE其次，呋喃、酚醛亦好；2.6制造成本较低，保存周期较长，希望可循环使用，对此则酚醛较佳，呋喃、水玻璃其次，PTFE最高；2.7含挥发份及水份尽量少，对此酚醛与呋喃优于其它。实践证明热固性酚醛树脂具有最佳的上述综
6、合性能，因而成为至今为止最主要的石墨浸渍剂。 而相关标准中浸渍石墨的性能指标，也都针对酚醛浸渍石墨。但是对采用PTFE树脂作浸渍剂时，却并非能取得良好的浸渍效果。PTFE有二种状态，一种为白色纤维状粉末，这种粉末无溶剂，适用于压制成型后再进行烧结 而得制品。另一种为乳液，由分散法制得，浓度为60%左右，在PTFE浸渍工艺中被采用。它的浸渍工艺已在化工设备设计全书“石墨制化工设备”中已有较详细的介绍，为了提高浸渍PTFE制品的抗渗透能，还推荐了 F2314胶液的浸渍工艺。目的就是为了弥补PTFE浸渍工艺中所存在的在石墨孔隙中的塑化性能。 这主要是由于在 350C380C的高温塑化过程中 PTFE
7、树脂粒子，并非能象 酚醛树脂那样，粒子间能彼此熔融，后连接成一片，并与石墨粒子牢固粘结在一起，PTFE乳液在高温塑化过程中，随着分散液的逐渐逸出，最终PTFE粒子的高温熔融过程中的熔融、凝结、流平受到了限制。使它的塑化后的粒子呈孤立状，彼此间不宜流平，这就影响了它的抗渗透能力。采用F2314胶液的二次浸渍工艺，尽管能提高PTFE的浸渍效果，但是它的使用温度受到了F2314树脂的使用温度低的限制。F2314是以三氟氯乙烯与偏氟乙烯按4: 1克分子共聚的改性氟树脂、其熔融温度 105 C,溶于有机混合溶剂。3. 浸渍工艺参数对浸渍质量的影响3.1浸渍剂的质量指标以酚醛树脂浸渍剂为例(1)采用氨水作
8、催化剂制造的浸渍树脂，它的浸渍质量要优于碳酸钠法或氢氧化钠法制造的 树脂，但必须符合表 3指标。表3酚醛树脂的技术指标项目浸渍剂粘度1040305游离酚，%w 21游离醛，% 4水分，%w 20聚合时间4/5 /注： 漏斗法规定，漏斗孔径 7mm恩格拉粘度计或涂料4号杯。(2)表3中的粘度指标不宜大，否则会影响树脂对被浸渍工件的浸渍剂渗透深度，浸渍剂的含水量指标亦应控制，否则会增加浸渍工件的浸渍次数。3.2浸渍剂的配方以呋喃树脂浸渍剂为例：呋喃树脂主要有三种：糠酮 -甲醛、糠酮和糠醇树脂，呋喃作浸渍剂其工艺与酚醛类似，浸渍 质量的关键在于如何使呋喃树脂达到安全固化，又要做到安全生产及降低损耗。因此它的浸渍配方与酚醛所有不同，即必须在酸性固化剂作用下，才能达到树脂的固化。请看下列配方：(1)糠酮树脂原料的配制，见表4。
