| Результаты этапа: Исследована окисляемость графитовой фольги (ГФ) на основе терморасширенного графита (ТРГ) по методике определения потери массы при прокаливании (ППП) DIN 28090-2 (Klinger) с помощью термогравиметрического анализа Критерием эффективности модифицирования – потери не более 4 %/час. Из листа графитовой фольги вырезают диск диаметром 5 мм при помощи кольцевого ножа. Диск графитовой фольги помещают в керамический тигель диаметром 6-7 мм. На отобранном образце не должно быть видимых загрязнений, отпечатков от пальцев и т.д. все манипуляции с образцом должны проводиться в перчатках и при помощи пинцета. Определение ППП при 670 ℃ проводят при помощи прибора STA Jupiter оборудованным ТГ-сенсором. Подготовку оборудования к работе проводят согласно инструкции к прибору. Тигель с образцом помещается в прибор и нагревается до 670 ℃ со скоростью 40 ℃/мин, затем выдерживается при температуре 670 ℃ в течение 4 часов.
Было проведено сравнение различных методов введения антиокислительной добавки и ее влияние на окисляемость ГФ. Для этого были получены четыре серии образцов. Для получения ТРГ и ГФ на его основе использовался промышленный окисленный графит (ОГ) из природного графита кыштымского месторождения с 1 циклом очистки. ОГ получали по азотнокислой технологии, путем интеркалирования природного графита азотной кислотой и последующего гидролиза. Были получены следующие результаты по окисляемости ГФ для каждой серии: (1) Промышленный ОГ смешивался с 1 масс.% полифосфата аммония (ПФА) и вспенивался при 900 оС на лабораторной установке, полученный ТРГ прессовался в ГФ с h = 0,3 мм, ρ = 1,0 г/см3. ППП = 2,65 %/час. (2) Промышленный ОГ вспенивался при 900 оС на лабораторной установке, полученный ТРГ смешивался с ПФА в блоке смешения и после этого прессовался в ГФ с h = 0,3 мм, ρ = 1,0 г/см3. ППП = 2,28 %/час. (3) Промышленный ОГ вспенивался при 900 оС на лабораторной установке, полученный ТРГ прессовался до ГФ с h = 0,6 мм, ρ = 0,5 г/см3. Данная ГФ пропитывалась в пропиточном растворе производства «Тензограф» в течение 1 минуты, после этого высушивалась при 160 оС в течение 2 минут. После этого пропитанная ГФ докатывалась до h = 0,3 мм, ρ = 1,0 г/см3. ППП = 3,38 %/час. (4) Промышленный ОГ вспенивался при 900 оС на лабораторной установке, полученный ТРГ прессовался в ГФ с h = 0,3 мм, ρ = 1,0 г/см3. ППП = 6,73 %/час.
Также было проведено получение интеркалированных соединений графита в системе HNO3-H3PO4 и получение ГФ на их основе. Получение нитрата графита II ступени было проведено взаимодействием графита с дымящей азотной кислотой c добавлением P2O5. После этого к нитрату графита добавлялась 100 % фосфорная кислота. Производилось перемешивание при температуре 40 оС. После этого смесь промывалась водой и высушивалась на воздухе. Вспенивание ОГ производилось при 900 оС. Полученный ТРГ предварительно запрессовывался в ГФ до толщины 5 мм и плотности 1 г/см3. Полученная ГФ обладала ППП от 2,03 %/час.
Для испытаний теплопроводности использовалась промышленная графитовая фольга на основе ОГ с исходной толщиной 0,75; 0,5; 0,28 мм и исходной плотностью 0,7 г/см3. Температура вспенивания ОГ составляла ~ 900 oC. Определение теплопроводности вдоль расположения графеновых слоев проводилось методом лазерной вспышки на специальной приставке для измерения теплопроводности вдоль плоского материала (In-plane приставка).
Для исходной толщины 0,75 мм теплопроводность измеренная методом in-plain увеличивалась от 103,8 до 327,0 Вт/(м∙К) с ростом плотности от 0,71 до 1,74 г/см3. Для исходной толщины 0,50 мм теплопроводность измеренная методом in-plain увеличивалась от 108,3 до 338,1 Вт/(м∙К) с ростом плотности от 0,69 до 1,72 г/см3. Для исходной толщины 0,50 мм теплопроводность измеренная методом in-plain увеличивалась от 120,9 до 327,6 Вт/(м∙К) с ростом плотности от 0,69 до 1,72 г/см3. Одновременно с теплопроводностью с ростом плотности увеличивается и электропроводность материала от 67,4 до 191,9 кСм/м, от 68,8 до 188 кСм/м и от 72,1 до 181,2 кСм/м для исходных толщин 0,75, 0,50 и 0,28 мм, соответственно.
Рентгенофазовый анализ образцов ГФ проводили при комнатной температуре на порошковом дифрактометре ARL X’TRA (корпорация Thermo, США – Швейцария) (Cu – Kα излучение, α = 1,5406 и 1,5443 Å, полупроводниковый Peltier детектор) Для ГФ, полученной прокаткой ТРГ до плотностей 0,7-1,7 г/см3 были определены параметры кристаллической структуры – размеры кристаллитов вдоль кристаллографической оси с (Lc, нм) и углы разориентации. Размеры кристаллитов Lc практически не изменялись в зависимости от плотности и составляли 23-26 нм. Углы разориентации немного уменьшались от 15,5 до 11,5 градусов с ростом плотности от 0,7 до 1,7 г/см3. Также были измерены углы разориентации для ГФ, полученных прессованием до плотности 0,1-0,6 г/см3. В данном диапазоне плотностей углы разомриентации уменьшались более значительно от 45 до 17 градусов. При снижении температуры получения ТРГ от 900 до 500 оС при фиксированной плотности 1,6 г/см3 углы разориентации ГФ уменьшаются от 11 до 9 градусов, размеры кристаллитов увеличиваются от 30 до 40 нм. Электропроводность при этом возрастает от 188,7 до 227,8 кСм/м. Таким образом, проводящие свойства возрастают с ростом упорядочения кристаллической структуры ГФ.
Для увеличения теплопроводности была получена ГФ с минимальным разупорядочением кристаллической структуры. Был получен нитрат графита IV ступени путем взаимодействия природного чешуйчатого графита (кыштымское месторождение, 80 меш, 2 очистка, зола 0,07 %) с дымящей азотной кислотой в соотношении 1:0,4. Вспенивание лабораторного ОГ проводилось при 500 оС, после чего ТРГ прессовался в ГФ с плотностью 2,0 г/см3. Снижение температуры вспенивания. Теплопроводность данной ГФ составила 420 Вт/(м∙К).
Проведены исследования связанные с получением листов М1 200х300 мм2 и 100х100 мм2 с использованием растворов клеев разных концентраций (от 0,5 до 7 вес.%) в органических растворителях (в основном в этилацетате, а также в толуоле, бензоле, изопропаноле, ацетоне и др.). Приклеивание осуществляли равномерным нанесением тонкого слоя клея на одну сторону листа нержавейки (толщиной 50 мкм) с последующим прикладыванием листа графитовой фольги (плотность 1,05 г/см3, толщина 0,75 мм) к листу нержавейки. Затем раствор клея наносили на другую сторону листа нержавейки и прикладывают другой лист графитовой фольги, Полученную сборку сдавливают на прессе при давлении 40-45 атмосфер или прокатывают на вальцах при примерно таком усилии.
Получали листы М1, из которых вырубали прокладки в виде колец диаметром 92/49 мм, имеющих прочность на сдавливание при комнатной температуре Qsmax = 160-180 МПа. Из трех листов М1 и двух намазанных раствором клея листов нержавеки можно спрессовать или прокатать и получить листы М5. Из таких листов вырезали прокладки М5, имеющих Qsmax = 160-180 МПа при комнатной температуре.
Клей №88 на основе хлорбутадиенового каучука имеет такие же хорошие клеящие свойства, как и ПБНК-40, но содержит значительное количество хлора, при толщине такого клея 0,3 мкм можно уложиться в требования по концентрации хлора в графитовой фольге не выше 10 ppm.
|
