В РФ создана технология получения сверхлегкого терморасширенного графита

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали и запатентовали новый способ получения терморасширенного графита, с выходом готового продукта до 95%. Об этом рассказали в пресс-службе Минобрнауки РФ.

По данным ведомства, терморасширенный графит получают путем обработки его кислотами и резкого нагрева. В результате частицы графита раздуваются, как попкорн, увеличиваясь в объеме в сотни раз. Чем сильнее они вспениваются, тем меньше весит готовый материал и тем больше в нем пустот. А значит, он лучше держит тепло, надежнее уплотняет стыки и эффективнее впитывает жидкости. Поэтому чем легче графит — тем выше его качество.

«Обычно графит греют в печах или обрабатывают плазменной струей, но большая часть тепла улетает в воздух. Мы сделали иначе. Наша установка создает плазменный „ствол“ с температурой 10 000 градусов Цельсия — это в два раза горячее поверхности Солнца. Частицы проходят точно через центр, где температура максимальна. Попадая в эту зону, графит мгновенно вспенивается, превращаясь в легчайший материал. И главное — каждая частица греется одинаково, поэтому на выходе нет брака. К тому же дополнительную защиту обеспечивает аргон — инертный газ, который не вступает в реакции и предотвращает выгорание графита, так что потери сырья минимальны», — рассказал заведующий кафедрой «Сварочное производство, метрология и технология материалов» ПНИПУ, доктор технических наук Юрий Щицын.

Таким образом, пермские ученые предложили обрабатывать графит не в плазменном «факеле», а прогоняя частицы сквозь плазменный «ствол». Разница примерно такая же, как между поливом газона из распылителя, когда вода разбрызгивается во все стороны, и направленной струей из шланга, когда вся жидкость сконцентрирована в одной точке.

Чтобы подтвердить эффективность новой технологии, ученые ПНИПУ провели эксперимент. Через плазменную горелку подали ток 200 ампер — этого достаточно, чтобы создать стабильный плазменный «ствол» с температурой 10 000 градусов. Затем начали подавать графит со скоростью 11 км в час. Режим выбран не случайно: если сыпать быстрее, частицы начнут мешать друг другу и не успеют прогреться, если медленнее — установка будет работать вполсилы, а это невыгодно.

На выходе исследователи получили материал, который весит всего 1-1,8 г. Для сравнения: при обработке в обычной плазменной струе этот показатель составляет 4,6-10,3 г. Это значит, что новый метод позволяет получать графит, который в 2,5-10 раз легче и при этом равномерно вспененный, без брака и потерь.

«Но главное — энергоэффективность. Старые плазменные установки работали с эффективностью всего 2% — 98% энергии тратилось впустую. Наша технология сокращает расход энергии до 1,6 киловатт-часа на килограмм продукта. Это примерно столько же электричества, сколько потребляет обычный обогреватель за час работы. При этом выход готового материала достигает 95%, тогда как при печном нагреве до 30% материала сгорает или остается необработанным», — рассказал научный руководитель лаборатории методов создания и проектирования систем «Материал-технология-конструкция» ПНИПУ, кандидат технических наук Сергей Неулыбин.

Как отмечают в Минобрнауки РФ, разработка пермских ученых позволяет получать терморасширенный графит высокого качества быстро, экономично и с минимальными потерями энергии. Компактность и непрерывность процесса делают технологию пригодной для промышленного масштабирования. А это значит, что самолеты, автомобили, атомные реакторы и нефтеперерабатывающие заводы получат более надежные уплотнители, теплоизоляцию и сорбенты для очистки окружающей среды — с улучшенными характеристиками и меньшими производственными затратами. На изобретение исследователей ПНИПУ уже получен патент.