UA115288C2 - METHOD OF MANUFACTURE OF SEALING ELEMENTS FROM THERMAL EXTENDED GRAPHITE - Google Patents

Abstract

Винахід належить до способу виготовлення ущільнюючих елементів, зокрема сальникових ущільнень і прокладок, які експлуатуються при підвищених температурах і тиску, а також в агресивних середовищах, з порошкоподібних матеріалів, зокрема терморозширеного графіту. Спосіб виготовлення ущільнюючих елементів із терморозширеного графіту включає одержання фольги шляхом прокатки порошку терморозширеного графіту у валках з поділом поверхні контакту гнучкими пористими стрічками з регулярним мікрорельєфом на поверхні, розрізання фольги на смуги, наступне намотування смуг фольги на шток прес-форми і пресування. Згідно з винаходом, смуги графітової фольги перед пресуванням піддають окисненню при температурі 700-800 °C протягом 30-40 хв. у повітряній атмосферi. Винахід дозволяє поліпшити фізико-механічні властивості ущільнюючих елементів, підвищити їхні експлуатаційні характеристики і виключити розшарування готових пресованих виробів.The invention relates to a method of manufacturing sealing elements, in particular gland seals and gaskets, which are operated at elevated temperatures and pressure, as well as in aggressive environments, from powdered materials, in particular thermally expanded graphite. A method of manufacturing sealing elements of thermally expanded graphite involves obtaining foil by rolling powder of thermally expanded graphite in rolls with separation of the contact surface with flexible porous tapes with regular micro relief on the surface, cutting the foil into strips, subsequent winding of strips and strips. According to the invention, graphite foil strips are oxidized at 700-800 ° C for 30-40 minutes before being pressed. in the air atmosphere. EFFECT: invention enables to improve the physical and mechanical properties of the sealing elements, to increase their performance and to eliminate the delamination of the finished extruded products.

Description

Винахід належить до способу виготовлення ущільнюючих елементів, зокрема сальникових ущільнень і прокладок, які експлуатуються при підвищених температурах і тиску, а також в агресивних середовищах, з порошкоподібних матеріалів, зокрема терморозширеного графіту.The invention relates to a method of manufacturing sealing elements, in particular packing seals and gaskets, which are used at elevated temperatures and pressures, as well as in aggressive environments, from powdery materials, in particular thermally expanded graphite.

Винахід може бути використаний в металургії, тепловій і атомній енергетиці, нафтогазовій промисловості і машинобудуванні.The invention can be used in metallurgy, thermal and atomic energy, oil and gas industry and mechanical engineering.

Відомий спосіб виготовлення ущільнень (патент США Мо 4068853, кл. 277-102, 1996), що включає одержання графітової фольги шляхом прокатки терморозширеного графіту, різання фольги на смуги і пресування отриманої графітової смуги з попереднім її намотуванням на шток прес-форми. Процес прокатки обумовлює одержання високої чистоти поверхні графітової фольги - квалітет порядку 7-8, що відповідає середній шорсткості (нерівності профілю) На-0, 80- 3,2 анм. У результаті цього при пресуванні має місце низький ступінь адгезії між контактуючими між собою смугами графітової фольги, у результаті чого отримані відомим способом ущільнюючі елементи мають низькі фізико-механічні характеристики. Так, наприклад, міцність прокладок при стисненні становить 2,4-2,7 МПа, відновлюваність форми після зняття навантаження - 12 95 Крім того, після пресування має місце розшаровування пресованого матеріалу, внаслідок чого прокладочний коефіцієнт не перевищує 1,5. Це обумовлює низькі експлуатаційні характеристики ущільнюючих елементів.There is a known method of manufacturing seals (US patent No. 4068853, cl. 277-102, 1996), which includes obtaining graphite foil by rolling thermally expanded graphite, cutting the foil into strips and pressing the obtained graphite strip with its preliminary winding on the mold rod. The rolling process determines the obtaining of a high purity of the surface of the graphite foil - quality of the order of 7-8, which corresponds to the average roughness (unevenness of the profile) Na-0.80-3.2 anm. As a result, during pressing, there is a low degree of adhesion between contacting strips of graphite foil, as a result of which the sealing elements obtained by a known method have low physical and mechanical characteristics. So, for example, the compressive strength of gaskets is 2.4-2.7 MPa, the recovery of the form after removing the load is 12 95. In addition, after pressing, delamination of the pressed material takes place, as a result of which the gasket coefficient does not exceed 1.5. This causes low operational characteristics of sealing elements.

Відомий також спосіб виготовлення ущільнень із терморозширеного графіту (патент РФ 2076085, МКИ С04835/536, Е16915/16, 1997 р.), що включає одержання фольги шляхом прокатки порошку терморозширеного графіту у валках з поділом поверхні контакту гнучкими пористими стрічками з регулярним мікрорельєфом на поверхні, розрізання фольги на смуги, гофрирування смуг фольги зі співвідношенням кроку гофрування до відстані між гребенями гофрів 0,2-20, наступне намотування фольги на шток прес-форми і пресування з питомим тиском 250 кг/см".There is also a known method of manufacturing seals from thermally expanded graphite (RF patent 2076085, MKY C04835/536, E16915/16, 1997), which includes the production of foil by rolling thermally expanded graphite powder in rolls with separation of the contact surface by flexible porous tapes with regular microrelief on the surface , cutting the foil into strips, corrugating the foil strips with the ratio of the corrugation step to the distance between the ridges of the corrugations of 0.2-20, the subsequent winding of the foil on the rod of the mold and pressing with a specific pressure of 250 kg/cm".

Гофрування поверхні фольги з терморозширеного графіту деякою мірою підвищує адгезійні характеристики матеріалу, що сприяє деякому поліпшенню фізико-механічних характеристик матеріалу і, отже, певному підвищенню експлуатаційних характеристик готових виробів. Однак, гофрування забезпечує структурування поверхні лише на макрорівні, тобто нерівності, що утворилися в результаті гофрування, які підвищують міцність зчеплення фольги при пресуванні,Corrugation of the surface of the thermally expanded graphite foil to some extent increases the adhesive characteristics of the material, which contributes to some improvement of the physical and mechanical characteristics of the material and, therefore, to a certain increase in the operational characteristics of the finished products. However, corrugation provides structuring of the surface only at the macro level, i.e. the irregularities formed as a result of corrugation, which increase the bond strength of the foil during pressing,

Зо мають розміри порядку міліметрів, при цьому шорсткість поверхні на мікрорівні залишається незмінною, у результаті чого внаслідок слабкої адгезії між сусідніми шарами графітової фольги забезпечується лише незначне підвищення фізико-механічних характеристик ущільнюючих елементів. Так, наприклад, при відомому способі виготовлення ущільнень із терморозширеного графіту міцність при стисненні готових прокладок становить 3,5-4,5 МПа, а відновлюваність форми після зняття навантаження - 245905. Крім того, у деяких випадках має місце розшаровування пресованого матеріалу. Показник експлуатаційної надійності - прокладковий коефіцієнт дорівнює 1,8-2,0. Ущільнювальні елементи з такими характеристиками не можуть бути використані в апаратах, які працюють при критичних параметрах робочого середовища - наприклад у енергетичному обладнанні ядерних електростанцій.Zo have dimensions of the order of millimeters, while the surface roughness at the micro level remains unchanged, as a result of which, due to the weak adhesion between adjacent layers of graphite foil, only a slight increase in the physical and mechanical characteristics of the sealing elements is ensured. So, for example, with a known method of manufacturing gaskets from thermally expanded graphite, the compressive strength of the finished gaskets is 3.5-4.5 MPa, and the shape recovery after removal of the load is 245905. In addition, in some cases, delamination of the pressed material occurs. The indicator of operational reliability - the laying coefficient is equal to 1.8-2.0. Sealing elements with such characteristics cannot be used in devices that operate under critical parameters of the working environment - for example, in energy equipment of nuclear power plants.

В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу виготовлення ущільнюючих елементів з терморозширенного графіту, в якому в результаті окиснення смуг графітової фольги в пропонованому режимі перед пресуванням забезпечується значне збільшення шорсткості поверхні фольги, завдяки чому підвищуються її адгезійні характеристики при пресуванні і, за рахунок цього, поліпшуються фізико-механічні властивості і експлуатаційні характеристики ущільнюючих елементів, а також виключається розшаровування пресованого матеріалу.The invention is based on the task of improving the method of manufacturing sealing elements from thermally expanded graphite, in which, as a result of the oxidation of graphite foil strips in the proposed mode before pressing, a significant increase in the surface roughness of the foil is ensured, due to which its adhesive characteristics during pressing are increased and, due to this, physical properties are improved. - mechanical properties and operational characteristics of sealing elements, and delamination of the pressed material is excluded.

Поставлена задача виконана завдяки тому, що в способі виготовлення ущільнюючих елементів із терморозширеного графіту, що включає одержання фольги шляхом прокатки порошку терморозширеного графіту у валках з поділом поверхні контакту гнучкими пористими стрічками з регулярним мікрорельєфом на поверхні, розрізання фольги на смуги, наступне намотування смуг фольги на шток прес-форми і пресування, відповідно до пропозиції, смуги графітової фольги перед пресуванням піддають окисненню при температурі 700-800 протягом 30-40 хв. у повітряній атмосфері.The task is accomplished due to the fact that in the method of manufacturing sealing elements from thermo-expanded graphite, which includes obtaining foil by rolling thermo-expanded graphite powder in rolls with separation of the contact surface by flexible porous tapes with regular microrelief on the surface, cutting the foil into strips, then winding the foil strips on rod of the mold and pressing, according to the proposal, strips of graphite foil are subjected to oxidation at a temperature of 700-800 for 30-40 minutes before pressing. in air atmosphere.

При окисненні смуг графітової фольги при температурі 700-800 "С протягом 30-40 хв. у повітряній атмосфері відбувається зміна структури її поверхні на мікрорівні - шорсткість поверхні зростає до На-25-50 ум, що відповідає квалітету чистоти поверхні 14-17. У результаті цього значно підвищуються адгезійні властивості поверхні фольги, що дозволяє при пресуванні одержати ущільнюючі елементи з високими фізико-механічними і експлуатаційними характеристиками і повністю виключити розшаровування пресованого матеріалу.When strips of graphite foil are oxidized at a temperature of 700-800 "C for 30-40 minutes in an air atmosphere, the structure of its surface changes at the micro level - the surface roughness increases to Na-25-50 um, which corresponds to the surface cleanliness quality of 14-17. as a result of this, the adhesive properties of the foil surface are significantly increased, which makes it possible to obtain sealing elements with high physical-mechanical and operational characteristics during pressing and to completely exclude delamination of the pressed material.

Пропонований спосіб виготовлення ущільнюючих матеріалів з терморозширеного графіту здійснюють таким чином. Порошок терморозширеного графіту піддають прокатці з поділом поверхні контакту гнучкими пористими стрічками з регулярним мікрорельєфом на поверхні з одержанням графітової фольги товщиною 0,2-0,5 мм. Потім графітову фольгу розрізують на смуги шириною 20-30 мм і піддають окисненню в повітряній атмосфері при температурі 700- 800 С протягом 30-40 хв. Потім смуги фольги певної довжини (залежно від розміру ущільнюючого елемента і необхідної густини матеріалу) намотують на шток прес-форми і піддають пресуванню при питомому тиску пресування 250 кг/см7. За рахунок збільшення шорсткості поверхні графітової фольги в результаті її часткового окислювання забезпечується одержання ущільнювальних елементів з високими фізико-механічними властивостями і експлуатаційними характеристиками, крім того, повністю виключається розшарування пресованого матеріалу.The proposed method of manufacturing sealing materials from thermally expanded graphite is carried out as follows. Thermally expanded graphite powder is subjected to rolling with separation of the contact surface by flexible porous tapes with regular microrelief on the surface to obtain a graphite foil with a thickness of 0.2-0.5 mm. Then the graphite foil is cut into strips 20-30 mm wide and subjected to oxidation in an air atmosphere at a temperature of 700-800 C for 30-40 minutes. Then strips of foil of a certain length (depending on the size of the sealing element and the required density of the material) are wound on the stem of the mold and subjected to pressing at a specific pressing pressure of 250 kg/cm7. By increasing the roughness of the graphite foil surface as a result of its partial oxidation, sealing elements with high physical and mechanical properties and operational characteristics are obtained, in addition, delamination of the pressed material is completely excluded.

Нижче наведені конкретні приклади одержання ущільнюючих елементів у вигляді кільцевих прокладок прямокутного перетину із зовнішнім діаметром Дз-91 мм, внутрішнім діаметромBelow are specific examples of obtaining sealing elements in the form of ring gaskets of rectangular cross-section with an outer diameter of Dz-91 mm, an inner diameter

Двн-80 мм і висотою п-7 мм. Густина матеріалу прокладки становить 1,8 кг/см3.Dvn-80 mm and height n-7 mm. The density of the lining material is 1.8 kg/cm3.

Приклад 1 (за прототипом)Example 1 (according to the prototype)

Вихідний терморозширений графит піддають прокатці на валках з поділом поверхні контакту гнучкими пористими стрічками з регулярним мікрорельєфом на поверхні. Отриману фольгу розрізають на смуги, які потім гофрують зі співвідношенням кроку гофрування до відстані між гребенями гофрів, рівним 0, 2-20. Потім гофровані смуги графітової фольги намотують на шток прес-форми і здійснюють пресування з питомим тиском 250 кг/см. Усереднені фізико-механічні характеристики отриманих прокладок наведені в таблиці.The initial thermally expanded graphite is subjected to rolling on rolls with the separation of the contact surface by flexible porous tapes with regular microrelief on the surface. The resulting foil is cut into strips, which are then corrugated with a ratio of the corrugation step to the distance between the ridges of the corrugations equal to 0.2-20. Then the corrugated strips of graphite foil are wound on the rod of the mold and pressed with a specific pressure of 250 kg/cm. The averaged physical and mechanical characteristics of the obtained gaskets are shown in the table.

Приклад 2 (за пропонованим способом)Example 2 (according to the proposed method)

Вихідний терморозширений графит піддають прокатці на валках з поділом поверхні контакту гнучкими пористими стрічками з регулярним мікрорельєфом на поверхні, отриману графітову фольгу розрізають на смуги, які потім поміщають у муфельну піч, де витримують при температурі 600 "С протягом 20 хв. у повітряній атмосфері, після чого смуги графітової фольги намотують на шток прес-форми і здійснюють пресування з питомим тиском 250 кг/см".The initial thermally expanded graphite is subjected to rolling on rolls with the separation of the contact surface by flexible porous tapes with regular microrelief on the surface, the resulting graphite foil is cut into strips, which are then placed in a muffle furnace, where they are kept at a temperature of 600 "C for 20 minutes in an air atmosphere, after which strips of graphite foil are wound on the mold rod and pressed with a specific pressure of 250 kg/cm".

Усереднені фізико-механічні характеристики отриманих прокладок наведені в таблиці.The averaged physical and mechanical characteristics of the obtained gaskets are shown in the table.

Зо Приклад З (за пропонованим способом)From Example C (according to the proposed method)

Відповідно до прикладу 2, але розрізані графітові смуги витримують у муфельній печі при температурі 700 "С протягом 30 хв. Усереднені фізико-механічні характеристики отриманих прокладок наведені в таблиці.According to example 2, but the cut graphite strips are kept in a muffle furnace at a temperature of 700 "C for 30 minutes. The averaged physical and mechanical characteristics of the obtained gaskets are shown in the table.

Приклад 4 (за пропонованим способом)Example 4 (according to the proposed method)

Відповідно до прикладу 2, але розрізані графітові смуги витримують у муфельній печі при температурі 800 "С протягом 40 хв. Усереднені фізико-механічні характеристики отриманих прокладок наведені в таблиці.According to example 2, but the cut graphite strips are kept in a muffle furnace at a temperature of 800 "C for 40 minutes. The averaged physical and mechanical characteristics of the resulting gaskets are shown in the table.

Приклад 5 (за пропонованим способом)Example 5 (according to the proposed method)

Відповідно до прикладу 2, але розрізані графітові смуги витримують у муфельній печі при температурі 900 "С протягом 30 хв. Усереднені фізико-механічні характеристики отриманих прокладок наведені в таблиці.According to example 2, but the cut graphite strips are kept in a muffle furnace at a temperature of 900 "C for 30 minutes. The averaged physical and mechanical characteristics of the obtained gaskets are shown in the table.

ТаблицяTable

Усереднені фізико-механічні характеристики прокладок з терморозширеного графіту, отриманих за способом-прототипом і за пропонованим способомAveraged physical and mechanical characteristics of thermally expanded graphite gaskets obtained by the prototype method and by the proposed method

Показник Приклад 1 | Приклад 2 | Приклад З | Приклад 4 | Приклад 5 11111111 2 13 | 4 15 1 6Indicator Example 1 | Example 2 | Example C | Example 4 | Example 5 11111111 2 13 | 4 15 1 6

Міцністьпри стисненн, Мпа | 25 | 27 | 54 | 67 | -Compressive strength, MPa 25 | 27 | 54 | 67 | -

Відновлюваність форми прокладки після зняття 24 24 27 28 навантаження, 905Restorability of the shape of the gasket after removal of 24 24 27 28 load, 905

Прокладковий коефіцієнт 20 | 20 | Юю 27 | 30 | -The spacer factor is 20 | 20 | Yuyu 27 | 30 | -

Розшарування пресованого дя З матеріалу, шт.Layering of pressed material from material, pcs.

Примітка 1-11 -11- "Кількість прокладок з 10 зразків, у яких мало місце розшарування пресованого матеріалу.Note 1-11 -11- "The number of gaskets from 10 samples, in which there was a delamination of the pressed material.

У результаті високого ступеню окиснення матеріалу смуги фольги були непридатні до пресування.As a result of the high degree of oxidation of the material, the foil strips were unsuitable for pressing.

З наведених у таблиці даних випливає, що при окисненні смуг графітової фольги при температурі 600 "С протягом 20 хв. (приклад 2) спостерігається вкрай незначне поліпшення фізико-механічних характеристик прокладок в порівнянні зі способом-прототипом. При відносно високій температурі окислювання 900 "С і часі перебування в печі 30 хв. (приклад 5) спостерігався високий ступінь окиснення смуг графітової фольги, у результаті чого вона втрачала свою міцність, що не дозволяло виконати її намотування на шток прес-форми. Таким чином, для досягнення поставленого завдання найбільш оптимальними параметрами окиснення смуг графітової фольги є температура 700-800 "С при тривалості 30-40 хв. (приклади 3-4).From the data presented in the table, it follows that during the oxidation of graphite foil strips at a temperature of 600 "C for 20 minutes (example 2), there is an extremely slight improvement in the physical and mechanical characteristics of the gaskets in comparison with the prototype method. At a relatively high oxidation temperature of 900 "C and stay in the oven 30 minutes. (example 5) a high degree of oxidation of the graphite foil strips was observed, as a result of which it lost its strength, which prevented its winding on the mold rod. Thus, to achieve the given task, the most optimal parameters for the oxidation of graphite foil strips are a temperature of 700-800 "C with a duration of 30-40 minutes (examples 3-4).

Пропонований спосіб виготовлення ущільнюючих елементів дозволяє значно поліпшити їх фізико-механічні властивості, виключити розшарування готових пресованих виробів і, отже, підвищити їхні експлуатаційні характеристики.The proposed method of manufacturing sealing elements makes it possible to significantly improve their physical and mechanical properties, eliminate delamination of finished pressed products and, therefore, improve their operational characteristics.

Claims (1)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб виготовлення ущільнюючих елементів із терморозширеного графіту, що включає одержання фольги шляхом прокатки порошку терморозширеного графіту у валках з поділом поверхні контакту гнучкими пористими стрічками з регулярним мікрорельєфом на поверхні, розрізання фольги на смуги, наступне намотування смуг фольги на шток прес-форми і пресування, який відрізняється тим, що смуги графітової фольги перед пресуванням піддають окисненню при температурі 700-800 "С протягом 30-40 хв. у повітряній атмосфері.FORMULA OF THE INVENTION A method of manufacturing sealing elements from thermo-expanded graphite, which includes obtaining foil by rolling thermo-expanded graphite powder in rolls with separation of the contact surface by flexible porous tapes with regular microrelief on the surface, cutting the foil into strips, then winding the foil strips onto the mold rod and pressing , which differs in that before pressing, the strips of graphite foil are subjected to oxidation at a temperature of 700-800 "C for 30-40 minutes in an air atmosphere.