Определение насыпной плотности терморасширенного графита Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 621.762.08+661.666.231.017

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ ТЕРМОРАСШИРЕННОГО ГРАФИТА

© 2013 Д.М. Караваев, Л.Е. Макарова, А.И. Дегтярев, К.В. Трошков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Поступила в редакцию 09.03.2013

Измерена насыпная плотность терморасширенного графита (ТРГ) пуха и измельченных отходов производства уплотнений из ТРГ. Предложен метод измерения насыпной плотности ТРГ-пуха. Разработана методика измельчения ТРГ в две стадии.

Ключевые слова: терморасширенный графит, технологические характеристики, насыпная плотность, измельчение, отходы производства

Насыпная плотность порошка есть масса единицы его объема при свободной насыпке [1]. Эта характеристика определяется плотностью материала порошка, размером (формой) его частиц, плотностью укладки частиц и состоянием их поверхности [1]. Насыпная плотность - одно из важных технологических свойств порошковых материалов, от которого зависит высота матрицы пресс-формы и сам процесс прессования. Терморасширенный графит-пух (ТРГ-пух) занимает значительный объем в пространстве, легок, воздушен, так как это высокопористая система с очень сложной организацией структуры [2, 3]. ТРГ-пух имеет насыпную плотность 14 кг/ivr и удельную поверхность 30-80 г/м2 в зависимости от морфологических особенностей исходного графита [4]. ГОСТ Р 50019.1-92 [5] устанавливает метод определения насыпной плотности графита, но определение насыпной плотности ТРГ по этой методике невозможно, т.к. длинные «червячки» ТРГ конгломерируют-ся, зацепляются друг за друга при насыпке на конус воронки и не протекают через отверстие воронки 020 мм. Авторы статьи разработали конструкцию устройства (рис. 1) и предложили насыпать ТРГ на конус воронки 5 перемещая частицы во взвешенном состоянии. ТРГ-пух приводили во взвешенное состояние направленным соплом 3 потоком пульсирующего воздуха. Частоту пульсации устанавливали из расчета, чтобы порция ТРГ под действием силы тяжести опустилась на конус воронки и прошла через нее

Караваев Дмитрий Михайлович, ассистент. E-mail: [email protected]

Макарова Луиза Евгеньевна, ведущий инженер. Е-mail: [email protected]

Дегтярев Александр Иванович, кандидат технических наук, профессор. E-mail: [email protected] Трошков Константин Викторович, магистрант. Е-mail: [email protected]

до появления следующей порции. Отработку методики определения насыпной плотности проводили, используя ТРГ с содержанием массовой доли углерода 98,0±0,3%, золы 1,0±0,3%, массовой доли хлорид-ионов <50 ррш и массовой доли серы общей < 1000 ррш. Результаты измерения насыпной плотности ТРГ по предложенному методу приведены в табл. 1.

Рис. 1. Прибор для определения насыпной плотности: 1 - контейнер; 2 - штатив; 3 - сопло; 4 -поток воздуха; 5 - воронка; 6 - цилиндр мерный

Таблица 1. Результаты статистической обработки измерения насыпной плотности ТРГ

Насыпная плотность, кг/м3 Sn Wn С nx Ах (а=0,95)

1 2 3 x

3,1 3,0 3,2 3,1 0,082 2,63 0,047 0,2

В табл. 1 и 2 приведены следующие обозначения: х - среднее значение; Sn - средняя квадратичная ошибка одиночного результата при п измерениях; \У„ - коэффициент вариации;

5Пх - средняя квадратичная ошибка среднего

Общие проблемы машиностроения

арифметического; Дх - доверительный интервал среднего арифметического; а - доверительная вероятность.

Измельчение исходного ТРГ-пуха с насыпной плотностью 3,1 ±0,2 кг/м"' проводили в две стадии. На I стадии измельчение проводили гладкими спиралеобразными имельчителями, вращающимися со скоростью 720 об/мин. После измельчения I стадии насыпная плотность ТРГ-пуха увеличивается более чем в 4 раза и равна 14,2±0,3 кг/м'\ Измельчение проводили циклами: включали устройство на 10 с, а потом останавливали и замеряли насыпную плотность порошка ТРГ. Замечено, что после измельчения ТРГ в течение 1 мин. дальнейшего роста насыпной плотности не происходит. На рис. 2 показан график изменения насыпной плотности в зависимости от времени измельчения.

производства композиционных материалов [6-8]. В работе [9] методом ситового анализа был определен гранулометрический состав порошка ТРГ-отходов, на рис. 4 представлен график распределения размера частиц. По ГОСТ Р 50019.192 [5] была определена насыпная плотность порошка ТРГ-отходов, результаты представлены в виде таблицы (табл. 2) и в графическом виде

Рис. 2. График изменения насыпной плотности ТРГ в зависимости от времени измельчения на I стадии

На П стадии измельчение ТРГ-пуха проводили двумя двойными лезвиями, вращающимися на одной оси со скоростью 1400 об/мин. Двойные лезвиями образуют четыре режущие поверхности, что увеличивает скорость измельчения. Измельчение так же проводили циклами, запуская устройство на 10 с, а потом останавливая и замеряя насыпную плотность порошка ТРГ. После 220 с. циклического измельчения на описанном выше оборудовании дальнейшего увеличения насыпной плотности не происходит (рис. 3.). Максимальная насыпная плотность ТРГ после измельчения проводимого в две стадии равна 220±3 кг/м'\

В дальнейшем из ТРГ-пуха как измельченного, так и неизмельченного изготавливают методом прокатки без добавления связующего неармированные уплотнительные материалы [4]. А уже измельченные отходы производства не-армированных уплотнительных материалов из ТРГ (ТРГ-отходы) и, например, модифицированную силиконовую смолу используют для

Рис. 3. График изменения насыпной плотности в зависимости от времени измельчения на П стадии

Рис. 4. Распределение размеров частиц порошка ТРГ-отходы

ей

к

*ч \ \

\ \ \ \ •

■ ...-SMK

Размер частиц, мкм

Рис. 5. Зависимость насыпной плотности от размера частиц измельченных отходов производства уплотнений из ТРГ

Таблица 2. Данные статистической обработки измерения насыпной плотности порошка ТРГ-отходов

Фракция порошка, мкм Насыпная плотность, кг/м3 Sn Wn Snx Ах (а=0,95)

1 2 3 X

-400+315 80,7 80,4 80,7 80,6 0,15 0,18 0,08 0,4

-315+200 84,5 84,5 84,2 84,4 0,15 0,17 0,08 0,4

-200+160 90,3 90,6 91,1 90,7 0,39 0,43 0,22 1,0

-160+100 109,2 108,4 107,6 108,4 0,79 0,73 0,46 2,0

-100+063 150,3 149,5 151,9 150,6 1,21 0,80 0,70 3,0

-063 182,0 178,0 179,6 179,9 1,99 1,11 1,15 4,9

Выводы: с увеличением насыпной плотности в 2 и более раз улучшается текучесть порошка. Установлено, что измельчение ТРГ необходимо проводить в две стадии. На I стадии измельчения при использовании измельчителя с гладкой поверхностью длина червячков ТРГ уменьшается за счет их излома в перенапряженных, дефектных местах. На П стадии измельчение проводится ножами, имеющими режущие кромки, и используется в 2-3 раза большая скорость их вращения. Провести измельчение на П стадии без предварительного измельчения на I стадии не возможно. С уменьшением размера частиц ТРГ увеличивается насыпная плотность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: Учебник для вузов / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л. К. Дружинин и др. - М.: Металлургия, 1987. 792 с.

2. Ханов, A.M. Особенности строения и использования терморасширенного графита /. 1..\/. Ханов, Л.Е. Макарова, А.И. Дегтярев и др. // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2012. Т. 14, № 1. С. 92-106.

3. Ханов, A.M. Особенности строения термораспш-ренного графита / A.M. Ханов, Л.Е. Макарова, А.И. Дегтярев и др. // Известия Самарского научного

Центра Российской академии наук. 2011. Т. 13, № 4(4). С. 1119-1122.

Белова, М.Ю. От черного мела к уплотнениям из ТРГ//Арматуростроение. 2008. № 1 (52). С. 36-43. ГОСТ Р 50019.1-92 Графит. Метод определения насыпной плотности. - М.: Изд-во стандартов, 1992. 4 с.

Смирнов, Д.В. SEALUR-500 - новый уплотнитель-ный материал для шаровой арматуры / Д.В. Смирнов, О.Ю. Исаев, В.И. Лепихин // Арматуростроение. 2011. №1(70). С. 56-57. Караваев, Д.М. Механические свойства композиционного материала на основе терморасширенного графита / ДМ. Караваев, A.M. Ханов, А.И. Дегтярев и др. // Известия Самарского научного Центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 1(2). С. 562564.

Караваев, ДМ. Анизотропия механических свойств композиционного материала на основе терморасширенного графита / Д.М. Караваев, A.M. Ханов, А.И. Дегтярев и др. // Известия Самарского научного Центра Российской академии наук. 2012. Т. 14, № 4(5). С. 1243-1245.

Кичигина, КА. Исследование механических характеристик фракций композиционного материала на основе терморасширенного графита и их взаимосвязь с фрактальной размерностью / КА. Кичигина, А.И. Дегтярев, ДМ. Караваев // Журнал магистров. 2012. №2. С. 9-14.

4

5

6

7

8

9

DETERMINATION THE BULK DENSITY OF THERMOEXPANDED GRAPHITE

© 2013 D M. Karavayev, LE. Makarova, A.I. Degtyaryov, K.V. Troshkov

Perm National Research Polytechnical University

The bulk density of thermoexpanded graphite (TEG) fluff and the crushed production wastes of consolidations from TEG is measured. The method of measurement the bulk density of TEG-fluff is offered. The technique of crushing the TEG in two stages is developed.

Key words: thermoexpanded graphite, technical characteristics, bulk density, crushing, production wastes

Dmitriy Karavaev, Assistant. E-mail: [email protected] Luiza Makarova, Leading Engineer. E-mail: [email protected] Alexander Degtyaryov, Candidate of Technical Sciences, Professor. E-mail: [email protected]

Konstantin Troshkov, Undergraduate Student. E-mail: kostya. troshkov@mail. ru