RU2744326C1 - Method of producing flexible graphite web and flexible graphite cloth - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to production of graphite materials, specifically to methods of producing a flexible web of increased width from thermally expanded graphite (TEG), and can be used as a sealed separation layer in the lining of electrolytic baths in the production of aluminium. Method includes preliminary formation of TEG tapes with density from 0.5 to 1.2 g/cm3, laying of tapes with overlap with overlapping of edges and further treatment of overlap area by pressure. Tapes are laid to form overlapping in the form of overlap with width of 5–100 mm. Treatment of the overlapping area is performed with pressure of 20–200 MPa to form a seam with increased by 30–100 % density of graphite TEG. Final density of joint is 0.8 to 1.8 g/cm3.EFFECT: creation of solid, flexible and strong graphite web of increased width with provision of homogeneity of properties of entire graphite cloth at the level of properties of initial graphite.6 cl

Description

Заявляемое изобретение относится к производству графитовых материалов, а именно к способам получения гибкого полотна увеличенной ширины из терморасширенного графита (ТРГ). Такое полотно может быть использовано в качестве герметичного разделительного слоя в футеровке ванн электролиза при производстве алюминия.The claimed invention relates to the production of graphite materials, in particular to methods for producing a flexible sheet of increased width from thermally expanded graphite (TRG). Such a sheet can be used as a sealed separation layer in the lining of electrolysis baths in aluminum production.

Аналогом заявляемого изобретения является способ получения ленты из расширенного графита путем прокатки порошка расширенного графита между двумя транспортерными лентами в пористый газопроницаемый мат и последующей прокатке в гибкую ленту - фольгу заданной плотности и толщины [патент РФ №2148568, С04В 35/536, 2000].An analogue of the claimed invention is a method for producing a strip of expanded graphite by rolling expanded graphite powder between two conveyor belts into a porous gas-permeable mat and then rolling into a flexible strip - foil of a given density and thickness [RF patent No. 2148568, С04В 35/536, 2000].

Основным недостатком данного способа является ограничение по ширине ленты, связанное с существенным увеличением массо-габаритных характеристик прокатного оборудования, требуемого для изготовления ленты увеличенной ширины.The main disadvantage of this method is the limitation on the width of the strip, associated with a significant increase in the mass-dimensional characteristics of the rolling equipment required for the manufacture of a strip of increased width.

Создание более габаритных изделий из нескольких исходных листовых или рулонных заготовок полученных из порошка расширенного графита различными способами, аналогичными вышеназванному, широко применяется в промышленности. Однако известные варианты соединения исходных листов и лент направлены на увеличение толщины графита.The creation of more dimensional products from several initial sheet or roll blanks obtained from expanded graphite powder in various ways similar to the above is widely used in industry. However, the known options for joining the original sheets and strips are aimed at increasing the thickness of the graphite.

При производстве листовых армированных материалов ТРГ применяется способ соединения двух и более слоев графитовой ленты перфорированной нержавеющей фольгой, где скрепление графита осуществляется за счет механического внедрения большого количества равномерно распределенных с разных сторон металлического листа заусенок [ТУ 5728-004-93978201-2007]. Такой способ соединения листовых материалов из графита возможен при условии, когда высота металлических заусенок меньше толщины соединяемых листов графита. В противном случае заусенки проткнут графит и материал станет проницаем. При этом химическая стойкость металла может быть хуже, чем у графита. Поэтому данный способ соединения графитовых лент для создания полотна большой ширины не приемлем.In the production of sheet reinforced materials TRG, a method of joining two or more layers of graphite tape with perforated stainless foil is used, where graphite is bonded by mechanically introducing a large number of burrs evenly distributed on different sides of the metal sheet [TU 5728-004-93978201-2007]. This method of joining graphite sheet materials is possible provided that the height of the metal burrs is less than the thickness of the graphite sheets being joined. Otherwise, the burrs will pierce the graphite and the material will become permeable. In this case, the chemical resistance of the metal may be worse than that of graphite. Therefore, this method of joining graphite ribbons to create a wide web is not acceptable.

При производстве листовых материалов также применяется метод склеивания (патент US 3494382). Этим методом сплошное графитовое полотно увеличенной ширины может быть получено с помощью склеивания внахлест нескольких параллельно расположенных лент графитовой фольги исходной ширины. Для склеивания могут использоваться различные клеевые составы, не снижающие гибкость графитовой фольги.In the production of sheet materials, the gluing method is also used (US patent 3494382). By this method, a continuous graphite web of increased width can be obtained by overlapping several parallel strips of graphite foil of the original width. Various adhesives can be used for bonding without impairing the flexibility of the graphite foil.

Однако, как правило, такие клеевые составы имеют весьма низкую температуру применения, а более термостойкие клеи после полимеризации становятся твердыми и хрупкими. Кроме этого клей может быть химически менее стойким, чем материал полотна. Таким образом обеспечить герметичность склеенного шва в графитовом полотне при совокупном воздействии повышенной температуры и химически активной среды невозможно.However, as a rule, such adhesives have a very low application temperature, and more heat-resistant adhesives become hard and brittle after polymerization. In addition, the glue can be less chemically resistant than the web material. Thus, it is impossible to ensure the tightness of the glued seam in the graphite sheet under the combined effect of elevated temperature and a chemically active medium.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения гибкого графитового полотна, раскрытый в патенте RU 2429211 С1, опубл. 20.09.2011, который включает формирование первой ленты из ТРГ, покрытие ее по всей ширине наполнителем с пленочным клеем, формирование на полученной заготовке второй ленты из ТРГ путем нанесения ТРГ-пуха после расплавления клеевого состава и последующей обработки собранных лент давлением.Closest to the claimed is a method for producing a flexible graphite sheet, disclosed in patent RU 2429211 C1, publ. 09/20/2011, which includes the formation of the first tape from the TRG, covering it over the entire width with a filler with film glue, the formation of a second tape from the TRG on the obtained workpiece by applying the TRG-fluff after melting the adhesive composition and subsequent processing of the collected tapes with pressure.

Существенный признак наиболее близкого аналога «обработка давлением» совпадает с существенным признаком заявляемого изобретения. Этим способом можно получить прочное гибкое соединение работоспособное до 250°С. Данный способ принят нами за прототип.The essential feature of the closest analogue "pressure treatment" coincides with the essential feature of the claimed invention. This method can be used to obtain a durable flexible connection that can work up to 250 ° C. We have adopted this method as a prototype.

В прототипе ленты из ТРГ формируются между транспортерными лентами, поэтому получаемые ленты могут иметь ширину не больше ширины транспортерной ленты. В настоящее время в промышленности используются прокатные линии с шириной транспортерных лент до 1,5-2 метров, при этом дальнейшее увеличение ширины экономически не целесообразно, так как ведет к резкому увеличению массы и габаритов прокатного оборудования.In the prototype, TRG belts are formed between the conveyor belts, so the resulting belts can have a width no greater than the width of the conveyor belt. Currently, the industry uses rolling lines with a width of conveyor belts up to 1.5-2 meters, while a further increase in width is not economically feasible, since it leads to a sharp increase in the mass and dimensions of rolling equipment.

Кроме ограниченной ширины, к числу недостатков получаемого графитого полотна следует отнести низкую температуру эксплуатации, обусловленную наличием клея, при выгорании которого соединение графитовых лент перестает быть герметичным.In addition to the limited width, the disadvantages of the resulting graphite sheet include the low operating temperature due to the presence of glue, when burned out, the connection of the graphite tapes ceases to be hermetically sealed.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание сплошного, гибкого и прочного графитового полотна шириной три, четыре и более метров и длиной до 100 метров, собранного из нескольких лент, с обеспечением однородности свойств всего графитового полотна на уровне свойств исходного графита, в том числе по термостойкости при температурах до 500°С на воздухе и до 2000°С в инертной среде, химической стойкости, прочности, гибкости и проницаемости.The problem to be solved by the claimed invention is to create a continuous, flexible and durable graphite sheet with a width of three, four or more meters and a length of up to 100 meters, assembled from several strips, with ensuring the uniformity of the properties of the entire graphite sheet at the level of the properties of the original graphite, in including heat resistance at temperatures up to 500 ° C in air and up to 2000 ° C in an inert environment, chemical resistance, strength, flexibility and permeability.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения гибкого графитового полотна, включающем формирование лент из ТРГ, укладку лент с перекрытием и последующую обработку области перекрытия давлением, согласно изобретению, предварительно отдельно формируют каждую из графитовых лент с плотностью от 0,5 до 1,2 г/см³, ленты укладывают с образованием перекрытия в виде нахлеста шириной 5-100 мм, а обработку области перекрытия проводят давлением 20-200 МПа для образования шва с увеличенной на 30-100% плотностью ТРГ графита и получением конечной плотности соединяемого шва от 0,8 до 1,8 г/см³.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing a flexible graphite web, including the formation of strips from TRG, laying strips with overlapping and subsequent processing of the overlapping area by pressure, according to the invention, each of the graphite strips with a density of 0.5 to 1 is preliminarily formed separately, 2 g / cm ³ , the tapes are laid with the formation of an overlap in the form of an overlap with a width of 5-100 mm, and the processing of the overlap area is carried out with a pressure of 20-200 MPa to form a seam with an increased density of graphite TRG by 30-100% and obtaining the final density of the seam to be joined from 0.8 to 1.8 g / cm ³ .

Ограничение по нижнему пределу плотности предварительно формируемых (исходных) лент ниже 0,5 г/см³ связано со значительным снижением прочности получаемой графитовой фольги, не позволяющей в дальнейшем монтировать графитовое полотно.The limitation on the lower limit of the density of the preformed (original) tapes below 0.5 g / cm ³ is associated with a significant decrease in the strength of the resulting graphite foil, which does not allow further mounting of the graphite sheet.

Превышение плотности исходных лент выше 1,2 г/см³ приводит к уменьшению прочности получаемого шва ниже прочности исходных графитовых лент.Excessive density of the original tapes above 1.2 g / cm ³ leads to a decrease in the strength of the resulting seam below the strength of the original graphite tapes.

Ограничение по нижнему пределу плотности шва связано с уменьшением его прочности ниже прочности исходных графитовых лент.The limitation on the lower limit of the weld density is associated with a decrease in its strength below the strength of the original graphite strips.

Ограничение по верхнему пределу плотности шва связано с необоснованно высокими усилиями обжатия.The limitation on the upper limit of the seam density is associated with unreasonably high compression forces.

Существенными отличительными от наиболее близкого аналога признаками является бесклеевое соединение графитовых лент, значительная разница в начальной и конечной плотности обрабатываемого материала и обработка давление только области перекрытия лент.Significant distinguishing features from the closest analogue are the glueless connection of graphite tapes, a significant difference in the initial and final density of the processed material and processing pressure only in the area of overlap of the tapes.

Предлагаемый способ позволяет получить новое гибкое графитовое полотно, включающее соединенные между собой ленты из ТРГ, которое отличается тем, что ленты из ТРГ выполнены с плотностью от 0,5 до 1,2 г/см³ и соединены друг с другом посредством давления прилагаемого к области перекрытия с образованием стыковочного шва, имеющего ширину, равную 5-100 мм, и плотность от 0,8 до 1,8 г/см³.The proposed method makes it possible to obtain a new flexible graphite sheet, including interconnected strips from TRG, which differs in that strips from TRG are made with a density of 0.5 to 1.2 g / cm ³ and are connected to each other by means of pressure applied to the area overlapping with the formation of a butt seam having a width equal to 5-100 mm, and a density of 0.8 to 1.8 g / cm ³ .

Однородность, целостность и прочность соединения достигается за счет механического сцепления и когезии огромного количества объемно расширенных частиц графита под воздействием давления.Uniformity, integrity and strength of the joint is achieved through mechanical adhesion and cohesion of a huge amount of volumetric expanded graphite particles under the influence of pressure.

Для формирования качественного шва величина нахлеста при укладке лент должна варьироваться в пределах от 5 до 100 мм.To form a high-quality seam, the amount of overlap when laying tapes should vary from 5 to 100 mm.

Нижний предел величины нахлеста обусловлен точностью позиционирования и недостаточной прочностью шва.The lower limit of the overlap is due to positioning accuracy and insufficient seam strength.

Верхний предел величины нахлеста обусловлен нерациональным уменьшением ширины получаемого полотна и необоснованно высокими усилиями обжатия.The upper limit of the overlap is due to an irrational decrease in the width of the resulting web and unreasonably high compression forces.

Для распределения разрывной и изгибающей нагрузки, возникающей при монтаже полотна, шов может быть выполнен зигзагообразной или волновой формы для чего смежным краям соединяемых лент придается требуемая форма путем предварительной обрезки.To distribute the breaking and bending load arising during the installation of the web, the seam can be made in a zigzag or wave shape, for which the adjacent edges of the tapes to be joined are given the required shape by preliminary cutting.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Например, ТРГ графит предварительно формуется между двумя транспортерными лентами и раскатывается в графитовую ленту шириной 1,5 метра и плотностью в пределах 0,5 до 1,2 г/см³. Затем две полученных указанным способом ленты размещают на поверхности рядом друг с другом с образованием по длинной стороне нахлеста 5-100 мм. Полученную сборку пропускают через устройство, с помощью которого уплотняют только область перекрытия лент за счет воздействия на нее давления в интервале 20-200 МПа с тем, чтобы получить шов, имеющий плотность 0,8 до 1,8 г/см³ в зависимости от начальной плотности. К полученной состыкованной полосе полотна для увеличения ширины может быть аналогичным образом присоединена одна или несколько дополнительных лент.For example, TRG graphite is preformed between two conveyor belts and rolled into a graphite tape 1.5 meters wide and with a density of 0.5 to 1.2 g / cm ³ . Then two tapes obtained in this way are placed on the surface next to each other with the formation of an overlap of 5-100 mm along the long side. The resulting assembly is passed through a device, with the help of which only the area of overlap of the tapes is compacted by applying pressure on it in the range of 20-200 MPa in order to obtain a seam having a density of 0.8 to 1.8 g / cm ³ , depending on the initial density. One or more additional belts can be similarly attached to the resulting butted web strip to increase the width.

Таким образом, предлагаемый способ отличается технологичностью и позволяет получить качественное полотно увеличенной ширины из ТРГ со свойствами, аналогичными свойствам исходных графитовых лент.Thus, the proposed method is characterized by manufacturability and allows you to obtain a high-quality fabric of increased width from TRG with properties similar to those of the original graphite strips.

Claims (6)

1. Способ получения гибкого графитового полотна, включающий формирование лент из терморасширенного графита (ТРГ), укладку лент с перекрытием и последующую обработку области перекрытия давлением, отличающийся тем, что ленты из ТРГ формируют предварительно с плотностью от 0,5 до 1,2 г/см³, ленты укладывают с образованием перекрытия в виде нахлеста шириной 5-100 мм, а обработку области перекрытия проводят давлением 20-200 МПа для образования шва с увеличенной на 30-100% плотностью ТРГ графита и получением конечной плотности соединяемого шва от 0,8 до 1,8 г/см³.1. A method of obtaining a flexible graphite sheet, including the formation of ribbons from thermally expanded graphite (TEG), laying tapes with overlapping and subsequent processing of the overlap area by pressure, characterized in that the TEG tapes are pre-formed with a density of 0.5 to 1.2 g / cm ³ , the tapes are laid with the formation of an overlap in the form of an overlap with a width of 5-100 mm, and the processing of the overlap area is carried out with a pressure of 20-200 MPa to form a seam with an increased density of graphite TRG by 30-100% and obtaining a final density of the seam to be joined from 0.8 up to 1.8 g / cm ³ . 2. Способ получения гибкого графитового полотна по п. 1, отличающийся тем, что ширину полотна увеличивают посредством присоединения дополнительных лент из ТРГ.2. A method of obtaining a flexible graphite web according to claim 1, characterized in that the width of the web is increased by attaching additional strips from TRG. 3. Гибкое графитовое полотно, включающее соединенные между собой ленты из ТРГ, отличающееся тем, что ленты из ТРГ выполнены с плотностью от 0,5 до 1,2 г/см³ и соединены друг с другом посредством давления, прилагаемого к области перекрытия с образованием стыковочного шва, имеющего ширину, равную 5-100 мм, и плотность от 0,8 до 1,8 г/см³.3. Flexible graphite sheet, including interconnected TRG tapes, characterized in that the TRG tapes are made with a density of 0.5 to 1.2 g / cm ³ and are connected to each other by means of pressure applied to the overlap region to form a butt joint having a width of 5-100 mm and a density of 0.8 to 1.8 g / cm ³ . 4. Гибкое графитовое полотно по п. 3, отличающееся тем, что плотность стыковочного шва выше плотности исходных графитовых лент на 30-100%.4. Flexible graphite fabric according to claim 3, characterized in that the density of the butt joint is 30-100% higher than the density of the original graphite tapes. 5. Гибкое графитовое полотно по п. 3, отличающееся тем, что шов выполнен волновой или зигзагообразной формы.5. Flexible graphite fabric according to claim 3, characterized in that the seam is made in a wave or zigzag shape. 6. Гибкое графитовое полотно по п. 3, отличающееся тем, что оно расширено посредством присоединения дополнительных лент из ТРГ.6. Flexible graphite sheet according to claim 3, characterized in that it is expanded by attaching additional TRG strips.