Введение к работе
Актуальность. Спрос на изделия из графита в мире растет в геометрической
прогрессии. К 2015 году объем мирового рынка углеграфитовых материалов согласно данным аналитического агентства Report by Global Industry Analysts может превысить 7,5 млрд. долларов. Возрастающие температурные пределы и термомеханические нагрузки в новой технике предъявляют повышенные требования к качеству графита. В связи с этим стратегическим направлением развития углеродной промышленности является создание новых прочных и высокостойких графитированных материалов.
Искусственный графит относится к композиционным материалам; уменьшение размера наполнителя снижает вероятность образования дефектов, инициирующих разрушение, но обостряет проблему получения однородного композита. На сегодня лидеры разработок с промышленным внедрением в этой области - США, Япония, Голландия, Китай; разработки ведущих отечественных специалистов (В.И. Костиков, Н.Ю. Бейлина, И.А. Бубненков, В.М. Самойлов, Б.Г. Остронов и др.) в этом направлении ограничены недостаточным финансированием. В условиях присоединения России к ВТО в структуре потребления внутреннего рынка ожидается увеличение доли импортного графита. В последние годы на отечественных предприятиях стартовали проекты, направленные на техническое перевооружение и создание материалов нового поколения, отказ от длительной многостадийной технологии. Из вышеизложенного следует, что разработка технологии изготовления графита на основе ультрадисперсных углеродных наполнителей актуальна, соответствует приоритетным направлениям развития науки и техники.
Цель работы - исследование особенностей технологии и разработка технических решений получения графита на основе ультрадисперсных углеродных наполнителей и синтетического связующего.
Задачи:
- исследование и оптимизация процессов получения малозольных ультрадисперсных углеродных наполнителей;
разработка технических решений совмещения синтетического связующего с грубо- и ультрадисперсным углеродным наполнителем;
изготовление опытных образцов графита с использованием разработанных технических решений и сравнение с промышленными аналогами.
Научная новизна:
показано, что наиболее однородный контакт между ультрадисперсным наполнителем и связующим формируется непосредственно в процессе синтеза синтетического связующего на поверхности наполнителя, что обеспечивает улучшение физических свойств графита;
обоснована целесообразность применения кавитационных мельниц для получения ультрадисперсного углеродного наполнителя без озоления;
впервые выявлено замедление синтеза новолачной фенолформальдегидной смолы в присутствии грубо- и ультрадисперсного углеродного наполнителя различной структуры и морфологии, предложено объяснение возникающих эффектов;
выявлено интенсифицирующее действие кавитационных эффектов на реакции синтеза фенолформальдегидной смолы новолачного типа в присутствии ультрадисперсных углеродных наполнителей.
Практическая значимость работы. В результате выполненных исследований: разработаны принципиально новые технические решения, реализация которых позволит практически вдвое сократить технологический цикл получения высокоплотного высокопрочного графита, снизить ее энергоемкость, раскрыть потенциальные возможности повышения производительности оборудования; разработана методика оценки качества тонкого помола, внедрена в филиале ООО «Донкарб Графит», г. Челябинск, акт от 15.10.12; методика экспериментальных исследований включена в рабочие программы ООП по направлению 240100 «Химическая технология» ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ), акт от 25.12.12.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научных и научно-практических международных конференциях: «Проблемы и инновационные решения в химической технологии», Воронеж, ВГТА, 2010; 7-й и 8-й - «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технологии. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства», Владимир, ВлГУ, 2010; Троицк, 2012; 2-й - «Техника и технология: новые перспективы развития», Москва, 2011; II-й Всероссийской - «Актуальные научные проблемы», Екатеринбург, 2011; II-й и III-й внутривузовской конференции аспирантов и докторантов «Естественные науки», Челябинск, ЮУрГУ, 2010 и 2011.
Публикации. Основные результаты опубликованы в 13 научных трудах, в том числе: 5 статьях, из них 4 опубликованы в журналах, включенных в перечень ВАК, 7 - в материалах конференций, 1 - патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений. Общий объем работы включает 109 страниц, содержит 26 таблиц, 22 рисунка, список литературы из 140 наименований и 4 приложения.
