Физико-химические явления при приготовлении и уплотнении графитопластовых смесей

Abstract

Изучены теоретически и экспериментально, в том числе в условиях промышленного предприятия «Графитопласт» (г.Челябинск), технологические процессы приготовления графитопластовых порошковых смесей и уплотнения этих смесей при формовании из них изделий в пресс-формах. Процесс приготовления графитопластовых порошков смесей включает такие основные операции, как измельчение искусственного графита и связки в виде частиц фенолформальдегидной смолы новолачного типа, содержащей отвердитель в виде частиц уротропина. Графитопластовая смесь – это многофазная порошковая полидисперсная композиция наполнителя и связки. Процесс ее приготовления сопровождается протеканием явления гомогенизации, приводящего к созданию устойчивой во времени однородной структуры в двухфазной системе графит – смола, а также явлением адсорбции смесью газов и паров. Поскольку операция смешивания экзотермична, то при ее завершении имеет место явление термодесорбции газов и паров. Процесс уплотнения полученной смеси, выполняемый прессованием в нагретой пресс-форме при заданных силовых и кинематических условиях, включает операции заполнения смесью матрицы прессформы, нагрев смеси до температуры 150–170 °С, формование ее пуансоном при скорости 15–30 мм/с и удельном давлении 30–40 МПа, выдержку прессовки под давлением в течение 3–5 мин. К явлениям, имеющим место при уплотнении, относятся: термодесорбция газов и паров, совмещение жидкой смолы с уротропином, полимеризация смолы, смачивание расплавом смолы частиц графита и отверждение прессовки. Наиболее важными, определяющими физико-химические свойства полученных изделий, следует считать явления полимеризации, заключающиеся в образовании высокомолекулярного полимера из смолы путем многократного присоединения низкомолекулярных олигомеров к активным центрам, явления смачивания, заключающиеся в полярной химической связи частиц графита с расплавом смолы. The technological process of the preparation of graphite resin mixtures and the compaction of the mixtures in the pressing moulds has been investigated theoretically and, then, experimentally at the plant “Graphitoplast”, Chelyabinsk. The preparation technique of the graphite resin mixtures includes the grinding of the artificial graphite, the mixing of the grinded graphite with the particles of the phenolformaldehyde resin of the novolac type, containing the hardener in the form of the particles of the urotropine. The graphite resin mixture is the polyphase polydispersion powder composition of the filler and the bond. The process of the mixture preparation is accompanied by homogenization leading to the creation of the stabilized homogeneous structure in the two-phase system: graphite-resin. As the mixing process is exothermal, it is accompanied by thermodesorption of gases and steam. The process of the compaction of the graphite resin mixture in the heated mould has been done under the specified force and kinematic conditions. It consists of the following steps: filling the matrix of the mould, heating up to 150–170 °C, compacting the mixture by the plunger at the velocity of 15–30 mm/s and at mouding presure equal to 30–40 MPa with holding time equal to 3–5 minutes. While mixture compacting is taking place, the following phenomena are observed: the thermodesorption of gases and steam, the combining of the phenolformaldehyde resin with the urotropine, resin polymerization, graphite grains wetting by the liquid resin and the hardening of the molded articles. The most important for the creation of better mechanical, physical and chemical properties of the articles are polymerisation of the resin (that is the organizing of the high-moleculer polymer from the low-molecular polymer by means of multiple joining of the low-molecular polymer to the active centers) and graphite grains wetting by liquid resin (that is the polar chemical bond of graphite grains with liquid resin).