Сочетание двух самых обыкновенных материалов — графита и воды, может позволить создать системы хранения энергии, которые будут не только показывать эффективность сравнимую с литий-ионными аккумуляторами, но и превзойдут их по части таких показателей как скорость перезарядки, которая займет считанные секунды, и срок службы.
Доктор Дэн Ли с кафедры материаловедения университета Монаша в Австралии, и его команда, работают с материалом под названием графен, который может стать основой для создания следующего поколения ультрабыстрых систем хранения энергии.
«Как только мы научимся манипулировать этим материалом, ваш iPhone, к примеру, будет заряжаться всего за несколько секунд или даже быстрее», — сказал доктор Ли.
Графен — это тот же дешевый и широко распространенный графит, используемый в простых карандашах, только толщиной в один атом. В такой форме, данный материал приобретает удивительные свойства.
Графен крепок, химически стабилен, прекрасно проводит электричество и, что важно, имеет чрезвычайно большую площадь поверхности. По словам доктора Ли, эти качества делают графен идеальным кандидатом на роль материала для хранения энергии.
«Причина, по которой графен пока не стал распространен более широко, заключается в том, что эти очень тонкие пленки, собранные в макроструктуру, сразу же объединяются друг с другом, преобразуясь в графит. Когда графен собирается в комки, большая часть площади поверхности теряется, и исчезают его ценные свойства».
Доктор Ли, со своей командой, открыл способ сохранения замечательных свойств отдельных слоев графена. Оказалось, что секрет прост: необходимо всего лишь добавить воды. Влажный графен — в форме геля, приобретает отталкивающие силы между слоями и предотвращает формирование комков и утолщений. Это позволит начать применять данный материал для создания новых технологий.
«Это очень простая техника, которая с легкостью масштабируется. Когда мы ее открыли, то не могли в это поверить. Мы берем два простых, недорогих материала — воду и графит — и создаем новый наноматериал с поразительными свойствами», — сказал доктор Ли.
Графеновый гель значительно превосходит современные углеродные технологии в области устройств хранения энергии, как по количеству хранимого заряда, так и по скорости заряда. По словам доктора Ли, область применения этой новой нанотехнологии простирается далеко за пределы потребительской электроники.
«Высокоскоростные, надежные и недорогие системы хранения энергии являются критически важным компонентом для будущего альтернативной энергетики. Такие системы, являются ключевым элементом, которого не хватает для повсеместного внедрения электрических автомобилей.
«Графеновый гель также может найти применение в мембранах очищения воды, биомедицинских устройствах и датчиках».
Источник
Водно-графитовая эмульсия
Водная графитовая эмульсия чаще входит в состав большого класса графитовых смазок, применяемых в промышленности. Ею смазывают детали механизмов, которые работают в водной среде: паровые и компрессорные цилиндры. А также детали, которые могут адгезировать к сопрягаемым поверхностям: штампы, валки. Кроме того, различные ее виды широко применяется для производства электро-лучевых трубок.
Смазки для горячей штамповки
Главная проблема, возникающая во время объемной штамповки – адгезия изделия на штампе. Водно-графитовая смазка предотвращает это явление. Мы поставляем смазки для горячей обработки (штамповка, ковка) различных металлических сплавов (сталь, титан, никель). Изготовляются смазки и эмульсии по специальной технологии дисперсных систем, где применяются связующие для графита на водной основе, которые связывают частички графита на нагретом штампе.
Графит на водной основе безопасен для здоровья. Разводится водой до любой консистенции, что делает эту смазку совместимой с различными системами распыления. Не коксуется на штампе. Идеальное соотношение цена – качество. Мы предлагаем стабилизированный препарат на основе суспензии графита в воде, концентрированный продукт, который необходимо разбавить водой перед нанесением на штамп.
Графит электропроводныйв эмульсии
На внешних и внутренних поверхностях многих электронных приборов наносится тонкий слой графита, который служит электропроводной поверхностью, проводит электроны вторичной эмиссии, например. Для этих целей нами поставляется суспензия графита в воде стабилизированная различными реагентами.
Источник
способ производства водно-графитовой смазки
Классы МПК:
C01B31/02 получение углерода
Автор(ы):
Кабанов Н.В. , Диамантопуло К.К. , Каргин Б.С.
Патентообладатель(и):
Мариупольский металлургический институт
Приоритеты:
Использование в промышленности получения водных коллоидно графитовых препаратов и смазочно охлаждающих жидкостей. Сущность: способ включает обогащение исходного сырья, помол мелкодисперсного графита и смешивание его с компонентами смазки, по которому помол мокрого графита ведут в потоке водного раствора в режиме кавитации, измельчая графит по заданной дисперсности с последующим добавлением в поток компонентов смазки и получением готового компонента в виде пульпы. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.
Формула изобретения
1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВОДНО-ГРАФИТОВОЙ СМАЗКИ, включающий обогащение исходного сырья, помол мелкодисперсного графита, смешение его с компонентами смазки и получение готового концентрата технологической смазки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества смазки и упрощения процесса, помол мокрого графита ведут в потоке водного раствора в режиме кавитации, измельчения графита по заданной дисперсности с последующим добавлением в поток компонентов смазки и получением готового концентрата в виде пульпы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью интенсификации помола, в механический раствор графита в воде вводят диспергатор.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к химической промышленности, в частности, к способам получения водных коллоидно-графитовых препаратов (КГП) и смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые применяются при обработке металлов давлением.
Наиболее близким к изобретению является способ обработки графита, включающий измельчение графита в присутствии реагента окислителя, обработку измельченного графита серной кислотой и отмывку графита от солей и кислоты.
Недостатками способа является применение агрессивных и ядовитых веществ в данном способе, высокая стоимость получаемого графита, сложная технология и большая энергоемкость, препятствующая широкому применению способа. Кроме этого, при обработке графита производится промежуточная сушка полупродукта, что повышает зональность концентрата технологической смазки (ТС) за каждую сушку.
Целью изобретения является повышение качества смазки и упрощение процесса за счет упрощения технологического цикла, так как исключаются операции сушки, повышающие зольность готового продукта.
Это достигается тем, что в способе, включающем обогащение исходного сырья, помол мелкодисперсного графита, смешивание его с компонентами смазки и получение готового концентрата технологической смазки, помол мокрого графита ведут в потоке водного раствора в режиме кавитации, измельчая графит до заданной дисперсности, с последующим добавлением в поток компонентов смазки и получением готового концентрата в виде пульпы.
Кроме того, с целью интенсификации помола в механический раствор графита в воде вводят диспергатор.
Исследование мокрого графита после обогащения с влажностью порядка 40-50% в начальном составе пульпы и его измельчение путем гидродинамической кавитационной обработки в разогнанном водно-графитовом потоке с последующим добавлением и смешиванием с компонентами для получения готового концентрата технологической смазки в виде пульпы позволяет улучшить условия труда за счет исключения операции промывки графита кислотами и хромпиком с последующей отмывкой, повысить качество за счет снижения зольности готового концентрата технологической смазки.
В существующем технологическом процессе получения водно-графитовой смазки имеются такие операции, как обогащение исходного сырья, его сушка, после чего следует грубый помол, после которого еще помол с хромпиком, отмывка, затем снова сушка, после которой идет обработка кислотой, снова отмывка, затем сушка и лишь после этого происходит смешивание с компонентами смазки.
В заявляемом техническом решении после операции обогащения графита, последующие операции, такие как помол, сушка, отмывка заменены одной операцией обработкой графита в кавитационном режиме, поэтому технологический процесс выглядит следующим образом: обогащение исходного сырья, затем обработка в кавитационном режиме со смешиванием компонентов смазки и получением готового концентрата ТС в виде пульпы.
Способ производства водно-графитовой смазки включает обогащение исходного сырья, затем осуществляют кавитационную обработку графита, смешивают его с компонентами смазки и получают готовый концентрат ТС в виде пульпы, для более интенсивного помола добавляют диспергатор.
Способ производства водно-графитовой смазки осуществляют по известной структурной схеме, состоящей из трубопровода, расходной емкости, верхнего люка, циркулярного насоса, кавитационных модулей, снабженных осесимметричными крыльчатками, крана, вентиля.
Вначале по трубопроводу в бак заливается расчетное количество воды. Через верхний люк загружается предварительно взвешенное количество диспергатора триполифосфата натрия (ТПФ). Триполифосфат натрия загружают в расходную емкость при работающем циркулярном насосе для полного растворения ТПФ в воде. После растворения ТПФ насос останавливают и загружают через верхний люк необходимое количество мокрого графита. Произведя загрузку графита, включают насос в циркуляционный режим перекачки суспензии до получения однородной массы. Не останавливая насос, приступают к установке кавитационного режима гидродинамического измельчения графита. Установившийся кавитационный режим определяют по характерным щелчкам в зоне кавитации. Только после полного смешения компонентов до заданной дисперсности и получения однородной консистенции суспензии приступают к вводу компонентов смазки. При этом происходит тонкое перемешивание введенных компонентов с графитом и основой смазки.
Гидродинамический способ измельчения графита в отличии от шаровых мельниц не повышает зольности смазки по причине отсутствия трения между мелющими элементами и исключает попадание в готовую смазку частиц мелющих тел и внутренней облицовки барабана мельницы.
В условиях Мариупольского графитового комбината были осуществлены испытания предложенного способа.
П р и м е р. Для получения 500 кг концентрата смазки в реактор установки загружают компоненты в следующих весовых количествах, кг: графит марки ГАК-1 по ГОСТ 10273-79 (частиц с диаметром эквивалентной сферы 63 мкм более 60%) 80; триполифосфат натрия по ГОСТ 13493-77 40; вода 360. Водно-графитовую суспензию с плотностью 1100-1200 кг/м 3 при температуре 15-50 о С и соответствующей вязкости подают насосом под избыточным давлением не менее 0,2 МПа и разгоняют в конфузоре до скорости не менее 8 м/c. При этом частицы графита подвергают кавитационной гидродинамической обработке при статическом давлении 0,01-0,02 МПа и числах кавитации 0,05-6,0 в течение 32 ч, после чего при работающем насосе в реактор добавляют необходимые компоненты, например, аммонийные соли лигносульфоновых кислот 17 кг; триэтаноламин 3 кг. Через 20 мин установку останавливают и готовый концентрат смазки в виде жидкой пульпы сливают в емкость.
В полученном концентрате смазки частиц графита с диаметром эквивалентной сферы до 2,1 мкм было 17,5 мас. от 2,1 до 5,96 мкм 31,6 мас. от 5,96 до 21,94 мкм 50,9 мас.
Результаты получены с помощью лазерного счетчика Н АС/РОУСО МТС-3210 в лаборатории Государственного научно-исследо- вательского института прикладной химии, г. Санкт-Петербург.
Анализы пооперационной зольности по предложенному способу и способу прототипу, приведены в табл. 1 и 2.
Анализы табл. 1 и 2 показывают, что по усредненным значениям процентного содержания золы в графитах всех марок повышение содержания золы при производстве графитов всех марок по способу-прототипу в 10-14 раз больше, чем при производстве тех же графитов из того же исходного сырья по заявленному способу.
Источник
Графитовая смазка
Графитовая смазка (устаревшее название «графитная смазка УСсА») – трехкомпонентное пластичное вещество темно-коричневого или черного цвета.
Ее назначение – снижение трения в узлах и механизмах за счет образования разделительной смазочной пленки между движущимися деталями в местах, где принудительную циркуляцию масла создать сложно или практически невозможно. Графитовая смазка обеспечивает дополнительную герметизацию, обладает антикоррозионными свойствами, предохраняет детали от износа.
Маркировка графитовой смазки
Согласно ГОСТ 23258 – 78 «Смазки пластичные» графитовая смазка имеет обозначение – СКа 2/6-г3, где:
С – антифрикционная группа материалов общего применения, предназначенная для снижения износа и уменьшения трения скольжения сопряженных деталей при обычных температурах.
Ка – тип загустителя – кальциевое мыло. Нерастворимо в воде, благодаря чему графитовая смазка становится водостойкой.
2/6 – это техническая характеристика,показывающая рекомендуемый температурный интервал, в соответствии с принятыми сокращениями соответствует температуре от -20 о С до +60 о С.
г – использование графита в качестве твердой добавки к нефтяному маслу.
Графитовая смазка выпускается в различном виде, от которого зависит область ее применения. Сфера применения и назначение в зависимости от формы выпуска:
пластичная смазка – густое вещество, применяется для кинематических схем с высокой нагрузкой;
аэрозольная смазка – содержит тонкодисперсный графит, служит консервантом резьбовых и прочих сборных соединений, подверженных высокой термической нагрузке, уменьшает вероятность прикипания, создает гарантию их раскручивания через 5 – 8 лет;
жидкая масляная дисперсия – не содержит загустителя, обладает высокими противозадирными свойствами: предотвращает появление широких или глубоких борозд, которые могут появляться вследствие схватывания или заедания поверхностей при трении.
Эксплуатационные характеристики различных видов графитной смазки соответствуют условиям эксплуатации практически любого оборудования.
Как получают графитовую смазку?
Производство графитовой смазки регламентируется ГОСТ 3333 – 80 «Смазка графитная». Технологический процесс состоит из нескольких этапов и выглядит следующим образом:
Для изготовления основы применяется минеральное или синтетическое нефтяное масло – смесь высокомолекулярных углеродов с температурой кипения более +300 о С.
Загущение масла проводится путем добавления кальциевого жирового или синтетического мыла. Полученная смесь имеет название – солидол.
В результате смешивания солидола с графитовым порошком получается конечный продукт – графитовая смазка.
Натуральные и синтетические составляющие солидола сказываются на его характеристиках – органическая смазка имеет более плотную консистенцию и высокое качество, а синтетическая – большую область использования и низкую цену. Степень помола графитового порошка определяет сферу применения смазки.
Состав графитовой смазки
Пластичная графитовая смазка состоит из трех основных компонентов:
Масло – дисперсионная среда (90% от общего состава). Минеральное масло получается в процессе перегонки нефти при помощи ее дистилляции или удаления взвешенных остатков из гудрона. А переработка нефти или мазута под действием водорода с целью удаления азотосодержащих соединений позволяет уменьшить молекулярную массу конечного продукта – в результате получается масло, по свойствам приближенное к синтетическому, которое характеризуется более высокими характеристиками при эксплуатации.
Загуститель – кальциевое мыло. Жировое мыло – результат обработки гашеной известью жирных кислот растительных масел, синтетическое образуется в результате окисления высокомолекулярных углеводородов кислородом воздуха.
Графит – дисперсная фаза. Минерал, одна из модификаций углерода. Устойчив к воде, но смачивается маслом. Имеет слоистую структуру, благодаря которой заполняет в деталях неровности любого размера, что существенно снижает коэффициент трения. Стабильно держится на поверхности рабочей зоны, в случае замены смазки подлежит принудительному удалению.
Согласно техническим условиям, разработанным непосредственно на предприятиях, при производстве графитовой смазки допускается использовать дополнительные компоненты или заменять стандартные:
Добавление литиевого мыла позволяет увеличить термостойкость до +140 °C.
Замена графитового порошка на поляризованный графит, который не смачивается маслом. Это позволяет повысить коэффициент сцепления разнородных поверхностей и существенно снизить трение. Толщина слоя покрытия такой смазкой всего 5 – 20 мкм. Однако при этом важно знать, что поляризованный графит пропитывается водой, а, следовательно, сфера его применения ограничена.
В результате замены кальциевого мыла на литиевое одновременно с добавлением порошка меди к графиту получается медно-графитовая смазка. Ее отличительная особенность – высокая механическая стабильность при температуре до +300 °C. При этом она характеризуется высокой эффективностью при защите от коррозии и износа, увеличивает количество скручиваний деталей и способствует предотвращению заклинивания.
Добавление дисульфида молибдена к графитовому порошку позволяет расширить сферу применения материала – коэффициент ее эффективности не изменяется при использовании в сухой или влажной среде.
Кроме того, использование различных присадок, таких как порошок свинца или цинка, позволяет улучшить антикоррозионные и противозадирные качества графитной смазки.
Характеристики графитовой смазки
Характеристики смазки установлены ГОСТ 3333 – 80 и дополнительными техническими условиями:
обеспечение непрерывной работы оборудования при температуре окружающего воздуха от -20 ℃ до +60 ℃;
температура каплепадения смазки +80 ℃;
предел прочности сдвига при температуре +50 ℃ – 100 Па;
содержание воды в составе – не более 3%;
защита от коррозии на стали марки 40, 45, 50;
стабильность состава – допускается выпадение нефтяного масла не более 5 % от общего объема;
температура вспышки +210 °С;
вязкость при 0 °С – не более 100 м 2 /с;
плотность – от 1,5 до 1,75 г/см 3 .
По степени воздействия на организм графитовая смазка относится к 4 классу опасности.
Свойства графитовой смазки
Технологические свойства графитовой смазки заключаются в следующем:
защита от износа, задиров и повреждений,
защита от коррозии,
устойчивость к лакокрасочным покрытиям и полимерам,
обеспечение герметичности,
действие в качестве консерванта,
теплопроводность, отвод тепла от механизма,
электропроводность,
устойчивость к влаге,
температурная устойчивость,
химическая резистентность,
высокая адгезия.
Дополнительные свойства смазки определяются техническими условиями и зависят от свойств внесенных присадок.
Где применяется графитовая смазка?
Графитовая смазка применяется в различных отраслях промышленности, автомобилестроении и в бытовых условиях для обслуживания следующих элементов:
опор скольжения и качения;
направляющих;
резьбовых соединений длительного срока службы;
рессор;
тяжелонагруженных подшипников;
редукторов;
контактов аккумулятора;
открытых зубчатых передач;
колесных гаек, болтов или шпилек;
дверных петель и механизмов замков;
узлов техники, работающей в условиях повышенного содержания пыли;
запорной арматуры;
конвейерных механизмов;
соединений глушителя;
резьбовой части свечей зажигания;
цепей.
Кроме того, допускается смазывание окрашенных механизмов и покрытие деталей из различных полимеров.
Марки графитовых смазок
Среди разновидностей графитовой смазки можно выделить:
Ойлрайт. Графитная смазка. Предназначена для устранения трения и предотвращения износа в механизмах повышенной нагрузки при температуре от -20 о С до + 70 о С. Высокие противозадирные свойства. Подходит для устранения скрипа. Не повреждает лакокрасочные покрытия, пластмассу и резину. Обладает резким запахом.
Смолтехнохим. Смазка графитная. Изготовлена по ГОСТ 3333 – 80 из органического масла и жирового кальциевого мыла. Подходит для механизмов любой степени нагрузки. Обладает антифрикционными и антикоррозийными свойствами.
KERRY. Графитная смазка на основе синтетического масла. Обладает повышенной механической стабильностью и антифрикционными свойствами. Устойчива в химически агрессивной среде.
Элтранс. Графитовая смазка с высокими показателями адгезии и электропроводимости. Эффективно предотвращает прикипание и окисление деталей. Мелкодисперсный графит не вымывается из узлов даже после выработки состава.
Смазка на основе графита и дисульфида молибдена. Интервал температуры от -180 о С до +420 о С. Устойчива к выдавливанию из зоны трения, создает герметичность. Подходит для высоконагруженных узлов и механизмов.
Отличительные характеристики смазки, а также рекомендуемые условия применения наносятся производителем на этикетку, что позволяет выбрать подходящую из большого ассортимента.
Плюсы и минусы графитовой смазки
Преимуществами использования графитовой смазки выражены в следующем:
широкая сфера применения,
высокие антифрикционные свойства,
антикоррозийные свойства,
дополнительная герметизация узлов и механизмов,
использование в труднодоступных частях механизма,
широкий температурный диапазон применения,
устойчивость к агрессивным средам,
водоотталкивающие свойства,
гарантия раскручивания изделий по резьбе,
заполнение мелких повреждений металла,
консервационные свойства,
многообразие выбора,
длительный срок хранения – от 5 лет,
низкая цена.
В качестве недостатка следует отметить ограниченность применения в узлах и механизмах повышенной точности – графитовый порошок в этом случае выступает как абразив, что приводит к преждевременному износу оборудования.
Что лучше – графитовая смазка или Литол?
Литол – пластическая смазка, изготовленная на основе органических или синтетических нефтяных масел с применением литиевого мыла в качестве загустителя. Такой состав характеризуется антикоррозионными, термостойкими и высокими адгезионными свойствами. Существенные различия графитовой смазки от Литола заключаются в следующем:
Температурный диапазон применения Литола выше – до +130 о С.
В процессе эксплуатации графитовая смазка дополнительно герметизирует узлы, тогда как Литол пропускает пыль и накапливает ее в своем составе.
Частицы графита из смазки ни при каких условиях самостоятельно не вытесняются в отличие от Литола, который под воздействием высокого давления может полностью высохнуть.
В местах плотного прилегания деталей частицы графита заполняют неровности, тем самым снижая коэффициент трения. Литол – однородная смесь, поэтому ее антифрикционные свойства немного ниже.
Графитовая смазка обладает электропроводностью, Литол – абсолютно не проводит электричество.
Смешивание Литола и графитового порошка применяется в промышленности для повышения температурного диапазона. Но сфера применения такой смазки ограничена.
Графитовая смазка – достаточно эффективное средство для защиты нагруженных механизмов от износа. Высокие технические характеристики в сочетании с низкой стоимостью обеспечивают ее применение в разных областях промышленности. К тому же добавление специальных присадок существенно улучшает ее качество и расширяет диапазон использования.
