不透性石墨(imperviousgraphite)

對氣體、蒸汽、液體等流體介質具有不滲透性的石墨制品。石墨材料是一種特殊的非金屬材料，它不僅具有良好的物理機械性能和加工性能，而且還具有優異的耐腐蝕性和高的熱導率，因此，是制造化工防腐蝕設備的理想材料。作為結構材料的石墨制品還包含一些高分子材料或其他成分，以適應不同的使用條件。特性不透性石墨具有以下一些特性。耐腐蝕性除強氧化性介質如硝酸、濃硫酸、鉻酸、次氯酸、雙氧水、強氧化性鹽類溶液及某些鹵素外，可耐絕大多數酸、堿、鹽類溶液、有機溶劑等的腐蝕。除添加有氟塑料的材料外，其耐腐蝕性主要取決于添加成分。例如，應用最廣的酚醛樹脂浸漬石墨和擠壓石墨耐酸不耐堿，呋喃樹脂浸漬石墨耐非強氧化性酸又耐堿，水玻璃浸漬石墨耐堿不耐稀酸等。

導熱性隨制造工藝不同，可有不同的熱導率。例如，不含其他成分的高致密不透性石墨制品的熱導率可達l30w／(m•K)；應用最廣的酚醛樹脂浸漬石墨的熱導率可達ll0～130w／(m•K)，是碳鋼的3倍，不銹鋼的6倍，而擠壓或模壓成型的壓型酚醛石墨及氟塑料石墨的熱導率為20w／(m•K)左右，已得到應用的石墨聚乙烯管及石墨聚丙烯管的熱導率僅為l～3W／(m•K)。

由于石墨晶體平行于層面方向的熱導率遠大于垂直于層面方向的熱導率，所以，無論是擠壓成型還是模壓成型，石墨制品的熱導率都具有各向異性。

線膨脹系數隨制造方法和所用原料及配比不同而有較大差異。按石墨電極生產工藝制造的石墨制品的線膨脹系數a為(1～5)X10-6／C。同樣按石墨電極生產工藝制造，但經樹脂(如酚醛樹脂)浸漬的石墨制品，其a值可增大50％左右；擠壓酚醛石墨管的a為(8～24)×10PC，而石墨聚氟乙烯管和石墨聚丙烯管的可達(30？57)X10／C。

耐熱沖擊性耐熱沖擊性與材料的抗拉強度及14熱導率平方根成正比，與其線膨脹系數及彈性模量成反比。應用最廣的浸漬石墨因其線膨脹系數小，熱導率高，相對于抗拉強度的彈性模量較低，因而具有很高的耐熱沖擊性。它的耐熱沖擊性遠高于其他常用脆性非金屬材料，因而在腐蝕性介質換熱情況下，尤其是在燃燒爐中具有優勢。而用高分子材料與石墨粉共混后擠壓或模壓成型的石墨制品，因線膨脹系數大幅度上升，熱導率大幅度下降，而導致耐熱沖擊性變差。

分類及應用不透性石墨按制造工藝分，可分為浸漬石墨、壓型石墨、澆鑄石墨和復合(增強)石墨等。

浸漬石墨基材基本上是按石墨電極的生產工藝采用比石墨電極生產用骨料顆粒小的細顆粒配方制造的，也可用石墨電極坯材或冶金用矩形石墨塊材作石墨設備制造用材，但其強度和加工性能等物理機械性能要比前者差。

石墨材料通常包含有較多的氣孔，是可透或微滲透的。采用抽真空一加壓浸漬的方法使浸漬劑如液態高分子材料或無機材料填入石墨材料的氣孔，并經加熱固化，即得所謂的浸漬石墨。浸漬石墨可以是不透的，也可以是微滲透的。最常用的浸漬劑為熱固性酚醛樹脂，其次是呋喃系列樹脂、二乙烯基苯樹脂。另外，還可用環氧樹脂、聚四氟乙烯(分散液)、聚苯乙烯樹脂、有機硅樹脂等作浸漬劑，也可以用水玻璃浸漬，以適應較高的使用溫度。浸漬石墨基本上保留了基體石墨材料的眾多優點，如高的熱導率等，因而得到廣泛應用。

壓型石墨是以石墨粉為骨料加黏結劑(有時還加其他添加劑)經混合成糊料后在模具內擠壓或模壓成型，并經加熱固化而得到的一種成型石墨制品，所用黏結劑可以是熱固性樹脂，也可以是熱塑性樹脂、瀝青或其他黏結劑。熱固性樹脂是酚醛樹脂、呋喃樹脂和環氧樹脂。熱塑性樹脂主要采用氟塑料、聚氯乙烯和聚丙烯。擠壓石墨制品主要是擠壓酚醛石墨管道。國內采用將石墨粉與熱固性酚醛樹脂共混后，在擠管機里加壓成型，同時加熱固化成可以使用的不透性石墨管。但一般地在擠出后還需要再次熱處理，以使管中的樹脂完全固化，也有以焦粉為骨料，瀝青為黏結劑，通過與石墨電極相同的生產工藝制造石墨化管，并經浸漬而得到不透性(浸漬)石墨化管的。用這種石墨化管于制造列管式石墨熱交換器，由于管子材質和與之膠接的浸漬石墨制管板的材質接近，二者的性能，尤其是熱膨脹系數也接近，因而對消除熱應力的影響，延長設備使用壽命十分有利。當然，這種管子的制造難度和生產成本要芒私-全豐比石墨粉一樹脂擠壓石墨管高。模壓石墨主要是用作設備襯里的磚、板。尺寸較大的板坯也用于制造板式石墨熱交換器。和浸漬石墨相比，壓型石墨制品的熱導率較低，線膨脹系數和彈性模量較高，因而抗熱沖擊性能稍差。

澆鑄石墨通常是將石墨粉、熱固性樹脂、固化劑及其他添加劑混勻后的糊料澆注到模具內，然后，經固化成型而制得的一種不透性石墨制品。最常用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，也可以用環氧樹脂等。澆鑄石墨與壓型石墨的區別，主要在于前者在成型過程中不加壓。澆鑄石墨的性能取決于所用樹脂的品種及配比，也受熱處理溫度、時間的影響。澆鑄石墨通常用于制造不透性石墨零件。由于其物理機械性能不如壓型石墨，目前已很少應用。

用增強材料與石墨基材復合，可形成復合(增強)石墨。被增強的石墨基材可以是塊材、板材或管材。可用作增強材料的有炭纖維、石墨纖維、玻璃、硅、鋁、硼等纖維以及由它們組成的布或氈。其中，尤以炭纖維及其織物用得最多。此外，還可通過將陶瓷、金屬等敷覆于石墨制品表層來達到增強的目的。在被增強的石墨基材中，只要有少量增強材料存在，即可取得明顯的增強效果。例如，在25mm厚的石墨板上粘貼一層10lD．nl厚的炭布，其抗彎強度可增大40％，又如用6000根左右直徑8m的石墨纖維束交叉纏繞于聲37／≯50mm石墨管的外壁，在石墨纖維絲束僅占外表面1／5的情況下，管子的水壓爆破強度即可由7．5MPa提高到10．5MPa。復合(增強)不但可提高材料的強度，還可提高材料表面的耐磨蝕和耐沖蝕性能。敷覆陶瓷的目的，主要也是提高石墨材料的耐磨蝕和耐沖蝕性能。

不透性石墨廣泛應用于各種化工過程中腐蝕嚴重的環節，絕大多數用于需要對腐蝕性物料進行加熱或冷卻(冷凝)的場合，也用于腐蝕性物料的洗滌、吸收、反應、焚燒等單元操作。主要用它們制造各種類型的石墨設備，也用于制造管道、管件、密封元件或襯里磚、板等零部件。在化工、冶金、輕工、機械、電子、紡織、航天等工業部門及眾多行業的三廢治理中，不透性石墨制品正發揮著愈來愈重要的作用。