Термично разширен графит, свойства, приложения
Промяната във физико-механичните характеристики се дължи на промяна в структурата на напълнените полимери. Характерът на унищожаването на PCM на базата на PE се променя. Ненапълненият PE, когато се прилагат натоварвания на опън, се деформира с образуването на "шийка", т.е. способен е да образува и развива принудителна еластична деформация.
Полиетиленът, напълнен както с оригинални, така и с натрошени отпадъци, при натоварвания на опън губи способността да предизвиква и развива принудителна еластична деформация и относителното удължение намалява.
Пробите, съдържащи по-малки люспи, имат по-добра способност за деформиране, което е свързано с по-равномерно разпределение на пълнителя.
По този начин, в резултат на изследването, беше показана възможността за използване на отпадъци от вършитба на просо като PE пълнител. Отбелязва се, че въвеждането на тези отпадъци дава възможност за обработка на състава чрез екструзия, като същевременно се запазват физическите и механичните свойства и устойчивостта на топлина на PE с намаляване на цената му. Също така е възможно да се получат биоразградими композити.
3. Термично разширен графит, свойства, приложения
Еднокомпонентните въглеродни системи са представени от различни структурни форми: диамант; графит; въглища, карабини, въглеродни влакна, сажди; наскоро открити фулерени и нанотръби. Сравнително нов материал - термично разширеният графит (TEG) също се състои от чист въглерод, но има структура, подобна на пяна. Обемната плътност на пробите TRG варира в широки граници (1–10 g/dm3) и се определя от условията за производството му [15–17]. Пикнометричната плътност на TRG във вода е 0,4–0,9 g/cm3 [18], специфичната повърхност е 15–100 m2/g въглерод. Подобно на графита, TRG е химически инертен, електрическата и топлопроводимостта се определят от поритеструктурата на материала и може да варира в широки граници.
Общият принцип, залегнал в основата на различни методи за получаване на TEG, е въвеждането на вещества или съединения в междинните слоеве на графита, които при бързо нагряване или сами преминават в газообразно състояние, или техните продукти на разлагане са газове [19, 20]. Директен термичен удар може да бъде приложен към интеркалиран графит (IG) със соли, например C6FeCl3 [21]. При образуването на токсични продукти или за получаване на TRG с висока чистота, IG се хидролизира преди топлинна обработка (HT). По този начин, в IG с киселини, в резултат на хидролиза, интеркалатът (вграденият слой) е напълно заменен от хидроксилни йони и вода [22]:
C+24HSO-4 × 2H2SO + 3H2O ® C+24OH- × 2H2O + 3H2SO4 (1)
Механизмът на трансформация на IG в графитна пяна все още не е добре разбран. Авторите на [23] предполагат, че след бързото отстраняване на определено количество вградени частици от междинното пространство на графитната матрица, въглеродните мрежи се срутват, унищожавайки съседните равнини. Размерът на зърното на оригиналния графит трябва да бъде>75 µm с размер на кристала най-малко 75 nm. Подобни данни са представени и в [24].
Процесът на термично разширение на графита е представен като фазов преход, причинен от освобождаването на интеркалиращия агент от IG. Степента на разпенване зависи от условията на синтез и състава на получения IG, както и от структурата и размера на частиците на изходната въглеродна суровина.
Според [25] първоначално, по време на разширяване, кристалитите се разделят по оста С на тънки снопове-ленти от малък брой атомни равнини с тяхната едновременна деформация, което води до образуването на триизмерна нагъната структура. Движещата сила на този процес е тенденцията на частиците да минимизират повърхността придаден обем. Получените червеобразни и цилиндрични форми на частиците представляват затворена повърхност, вътре в която очевидно се съдържат остатъчни продукти от разлагането (фиг. 1). Авторите на [25] образно представят морфологията на графитната пяна под формата на произволно усукани тънки листове хартия. Те също така заявяват, че по време на топлинна обработка има намаляване на размера на кристалитите по оста "C" и намаляване на степента на кристален ред. В [26] се отбелязва, че размерите на кристалите по оста С практически не се променят.
Червеевидната форма на частиците от графитна пяна се обяснява с разгъването на плоски въглеродни мрежи, които са вклинени по крайната повърхност на кристалита от повърхностни групи. Влиянието на структурата на първоначалния графит върху процеса на последващо термично разширение е обсъдено в [24, 27], където е показано, че наличието на дефекти и намаляването на степента на ред по оста С намаляват степента на разпенване.
Понастоящем по-голямата част (до 50 хиляди тона/годишно) TRG се преработва в гъвкаво графитно фолио и пресовани продукти. Фолиото се получава чрез валцоване върху система от ролки в един цикъл с HT без въвеждане на свързващо вещество. Адхезията между TRG частиците и гъвкавостта на фолиото се осигуряват от разклонена структура от пяна. В резултат на това се получават валцувани материали с дебелина 0,15¸1,5 mm, плътност 0,7¸1,2 g/cm3, якост на опън 4¸7 MPa и специфично електрическо съпротивление 0,3¸0,7×10-4 Ohm×m [28]. Обхватът на приложение на фолиото и екструдираните продукти от TRG е изключително широк. Поради високата инертност към агресивни среди, термичната стабилност, съчетана с еластичност и пластичност, въглеродните материали, базирани на TRG, заместват навсякъде традиционните уплътнителни и уплътнителни материали като азбест, поронит, флуоропласт, мед и олово. Особенотяхното използване е ефективно в химическото, нефтеното и газовото инженерство [29], в горивно-енергийния комплекс [30,31] и комуналните услуги. Те осигуряват намаляване на авариите, разходите за ремонт на оборудването и безопасността на околната среда.
Композитите, съдържащи интеркалиран графит, са от особено значение. Процесът на термичното му разширение под въздействието на открит пламък или нагряване води до образуване на негорима топлоизолационна обвивка с едновременно отделяне на CO и CO2, което забавя и потиска процеса на горене. Такива композити под формата на валцувани материали, пасти и бои се наричат активни огнезащитни материали [32, 33]. Произвежданите в момента местни материали (NPO²UNIKHIMTEK²) се използват за защита на електрически кабели, създаване на противопожарни врати и прегради, противопожарна защита на строителни конструкции.
Много разнообразни области на приложение на TRG и материали, базирани на него, уникална комбинация от свойства на продукта и нарастващо потребителско търсене стимулират развитието на технологията за производство и обработка на интеркалиран графит. Сега интеркалираният графит се произвежда промишлено главно чрез химическа технология, окислявайки въглеродни суровини в концентрирана сярна или азотна киселина. За да направите това, в H2SO4 се въвежда допълнителен окислител (K2Cr2O7, HNO3, KMnO7, H2O2 и др.), А част от HNO3 се изразходва в азотна киселина за окисляване на графитната матрица. Като цяло, образуването на бисулфат (BG) и графит нитрат (NG) се извършва съгласно реакциите [22]:
24nC + Oxz + 3H2SO4 ® C+24n × HSO4- × 2H2SO4 + HOx(z-1) (2)