Слюда як прокладочний матеріал

З розвитком технологій у промисловості вимоги до ефективності і економічності прокладочних матеріалів постійно зростають. При цьому температура, як і раніше, є ключовим критерієм при виборі матеріалу прокладки. Сучасні прокладочні матеріали повинні витримувати всі більш високу температуру. Наприклад, у вихлопних системах і системах турбонаддува, там, де середовище агресивне, потрібні покладочні матеріали, які надійно працюють тривалий час при температурах до 1000 ° C.
Вже досить популярні прокладки з терморозширеного графіту за своїми природними властивостями не можуть витримувати таких високих температур. Тому компанія Frenzelit розробила для надвисоких температур новий прокладочний матеріал на основі природної слюди novaMICA® THERMEX. У цьому огляді розказано про фізичні і хімічні характеристики даного матеріалу.
 

Слюда має такі корисні властивості:

 

• Стійкість до високої температури (без окислення);

• Негорючісь;

• Висока хімічна стійкість;

• Хороші якості по термоізоляції

Як і у випадку з поняттям «графіт», між різними матеріалами, що позначаються терміном «слюда», існують значні відмінності за якістю і працездатністю. Не кожен різновид слюди володіє якостями високотемпературного прокладного матеріалу.

Правильний вибір слюди

Температура плавлення у природної слюди знаходиться в діапазоні від 1200 до 1350 ° C. Однак, цей факт зовсім не означає, що природна слюда придатна як термостійкий прокладочний матеріал. До складу слюди входять гідросилікати з водою в пов'язаність язаному стані. Залежно від хімічної структури при деяких температурах відбувається кальцинація - процес, в ході якого пов'язана структура води розривається, що веде до її витіснення. При температури кальцинації багато характеристик слюди істотно змінюються. Таким чином, вирішальним фактором з точки зору стійкості до високої температури є зовсім не температура плавлення, а температура кальцинації.

При цьому кальцинація може змінювати характеристики матеріалу як в необхідному, так і в небажаному напрямку. Як можна вплинути на температуру кальцинації матеріалу? Значний вплив на дану властивість має хімічна структура слюди, тобто її різновид. Існує безліч різновидів слюди, які відрізняються один від одного тільки своєю кристалічною структурою. Два найвідоміших віді слюди - це мусковіт і флогопіт. Мусковіт легко піддається обробці, але його температура кальцинації досить низька: 600-700 ° C. Вже при 500 ° C спостерігається «втрата» зв'язки пов'язаної води. Завдяки своїй оброблюваності і гарним діелектричним властивостям, мусковіт застосовується в основному для електричної ізоляції. Флогопіт, в свою чергу, має температуру кальцинації понад 1000 ° C. Таким чином, флогопіт дійсно зберігає необхідні нам властивості аж до 1000 ° C.

Незважаючи на ці чудові якості, флогопіт поширений не так широко, як мусковіт або вермікуліт, що, зокрема, викликано труднощами його обробки і складністю необхідної для цього технології.

На графіку (рис. 1) показані результати, отримані методом термогравіметричного вимірювання стандартного матеріалу зі слюди в порівнянні зі слюдою флогопіт, тобто матеріалом novaMICA® THERMEX. При цьому вимірюється втрата маси проб обох матеріалів (органічні компоненти, а також зв'язку пов'язана вода) в температурному діапазоні від кімнатної температури до 1000 ° C. Криві на графіку показують чіткі відмінності характеристик матеріалів на різних стадіях процесу. Ми бачимо, що маса змінюється східчасто. Чим більше висота відповідної ступені, тим більше втрата маси матеріалу зі слюди при даній температури.

1. ступінь: випаровування летючих сполук.
2. ступінь: сполучні (або в яжучі).
3. ступінь: кальцинація + інші органічні компоненти.
4. ступінь: піроліз.

Рис 1. Герметичність прокладочних матеріалів на основі слюди

Для надійної роботи прокладки потрібна мінімальна втрата маси в усьому температурному діапазоні. І ми бачимо, що загальна втрата маси матеріалу в верхньому матеріали з флогопіту novaMICA® THERMEX становить лише 3,1%. А у випадку ущільнюючих матеріалів з стандартної слюди більш високий вміст органічних компонентів, а також ефекти, викликані кальцинацією, що приводить до високих втрат загальної маси - до 21,4%.

Герметичність прокладок з природнї слюди

Відображені на графіку (рис. 1) результати аналізу, проведеного термогравіметричним методом, ясно показують температурні характеристики матеріалів на основі слюди, тобто пов'язану з ростом температури втрату маси прокладок зі слюди. У свою чергу, зміни в структурі матеріалу, що відбуваються при високих температурах, впливають на його герметичність. Як відомо, слюда - «багатошаровий» матеріал, для якого характерне легке розщеплення вздовж шарів з утворенням дуже тонких прозорих пластин. Тобто, у своїй початковій формі, до першої фазі обробки, слюда існує саме у вигляді тонких пластин (так звані «слюдяні платівки»). І тільки завдяки використанню відповідної сполучної системи, при подальшій обробці виходить кінцевий продукт.

І тільки тоді можна казати про слюду як про прокладочний матеріал. Ті, які використовуються в яжучі сполуки, а також їх кількість, є вирішальними факторами з точки зору термостійкості та хімічної інертності прокладного матеріалу. Застосування звичайних в'їхав в'яжучих сполук - таких, як, наприклад, каучук - неминуче веде до обмеження працездатності матеріалу. Для досягнення високої працездатності прокладочного матеріалу слід зводити кількість в1яжучих сполук (тобто органічних компонентів) до мінімуму. Так само працездатність особливо ефективно вдається підвищити за допомогою армування просічно-витяжною сталлю.

Унікальний армуючий шар з просічно-витяжної сталі є відмінною рисою матеріалів фірми Frenzelit протягом декількох десятиліть. Особливо широку популярність такий армуючий шар отримав завдяки унікальній лінійці прокладок з терморозширенного графіту novaphit®.

                                  (Рис. 2).

Додаткове металеве армування робить значний внесок в міцність прокладки з слюди, і, крім того, істотно покращує герметичність матеріалу завдяки утворенню осередками замкнутих контурів.

На графіку вимірювання газонепроникності при 500 ° C (рис. 3) показано, який сильний негативний вплив на характеристику газонепроникності стандартного слюдовмісного поркладочного матеріалу надає втрата маси під впливом температури через високий вміст органічних компонентів і кальцинації.

Рис. 3. Газонепроникність слюдовмісних прокладочних матеріалів за температури 500 З

Обробка прокладочних матеріалів на основі слюди

Крім високих функціональних вимог до прокладочних матеріалів, зростають вимоги до легкості їх обробки і практичної зручності у використанні. До цього часу доводилося миритися з великими складнощами, що виникають при роботі з матеріалами на основі слюди. Тепер, поряд з легким поводженням і відсутністю будь-яких проблем при різанні, novaMICA® THERMEX показує і більш високу «внутрішню міцність» у порівнянні з класично побудованими структурами прокладок.

Фундамент поліпшення механічної міцності закладає вже на першому кроці технологічного процесу, при виготовлення пластин флогопіту, далі - вибір високоякісної у яжучої сполуки, а також армуванням просічно-витяжною сталлю. Завдяки цьому матеріал novaMICA® THERMEX фірми Frenzelit досягає відмінних характеристик під час виготовлення прокладок.

Використання природної слюди флогопіт як прокладочного матеріалу – інновація

Із застосуванням слюди флогопіт в матеріалі novaMICA® THERMEX вдалося зробити великий крок у досягненні високої газонепроникності, а також необмеженою працездатності прокладочного матеріалу при високих температурах аж до 1000 ° C.

Завдяки застосуванню високоякісних компонентів, розробленої комбінації з природної слюди флогопіт і високоякісної у яжучої сполуки, був зроблений великий крок у розвитку прокладочних матеріалів нового покоління.

Застосований в матеріалі армуючий шар з просічно-витяжної сталі істотно сприяє високій газонепроникності на тривалому протязі години і робить можливим досі неперевершену для матеріалів на основі слюди легкість в обрабці і виготовленні фланцевих прокладок.

У статті використані графічні матерали і результати досліджень Каткова С. М.