مقدمة عن طرق التركيب الصناعي واستخدامات الجرافيت الموسع

الجرافيت الموسع، المعروف أيضًا باسم الجرافيت الدودي، هو مركب بلوري يُستخدم فيه أساليب فيزيائية أو كيميائية لإدخال مواد متفاعلة غير كربونية بين طبقات مواد نانوية كربونية متداخلة ذات بنية جرافيتية طبيعية، ويتحد مع مستويات الشبكة السداسية للكربون مع الحفاظ على بنية طبقات الجرافيت. لا يقتصر الأمر على احتفاظه بالخصائص الفيزيائية والكيميائية الممتازة للجرافيت، مثل مقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، وتدفق النيوترونات، والتعرض طويل الأمد للأشعة السينية وأشعة جاما، بل يتميز أيضًا بخصائص فيزيائية وكيميائية ممتازة، مثل معامل احتكاك منخفض، وتزييت ذاتي جيد، وموصلية كهربائية وحرارية عالية، وخواص تباينية. علاوة على ذلك، وبفضل التفاعل بين المادة المُدخلة وطبقة الجرافيت، يُظهر الجرافيت الموسع خصائص جديدة لا يمتلكها الجرافيت النقي والمادة المُدخلة، ويتغلب على هشاشة الجرافيت الطبيعي ومقاومته للصدمات. فيما يلي، يقدم محررو مجلة Furuite للجرافيت عرضًا لطرق التصنيع الصناعية واستخدامات الجرافيت الموسع:

1. الطرق التركيبية الشائعة الاستخدام في الصناعة

① الأكسدة الكيميائية

المزايا: الأكسدة الكيميائية طريقة شائعة الاستخدام وراسخة في الصناعة. لذلك، فهي تتمتع بمزايا واضحة، وتقنية ناضجة، وتكلفة منخفضة.

العيوب: عادةً ما يكون عامل التداخل حمض الكبريتيك المركز، مما يستهلك كمية كبيرة من الحمض. ينتج عن عملية الإنتاج تلوث غازي ضار بأكاسيد الكبريت، كما أن المخلفات الموجودة في المنتج تتسبب في تآكل معدات التخليق.

② الأكسدة الكهروكيميائية

ومثل الأكسدة الكيميائية، فهي إحدى طرق التخليق الصناعي الشائعة للجرافيت الموسع.

المزايا: لا حاجة لإضافة مؤكسدات قوية، مثل الأحماض القوية، ويمكن التحكم في التفاعل عن طريق ضبط معايير مثل التيار والجهد. معدات التخليق بسيطة، وكمية التخليق كبيرة، والإلكتروليت غير ملوث، ويمكن إعادة استخدامه.

العيوب: استقرار المنتج المُصنّع أقل من الطرق الأخرى التي تتطلب معدات أكثر تطوراً، كما أن هناك العديد من العوامل التي تؤثر على جودة المنتج. في بعض الأحيان، ينخفض ​​حجم المنتج المُتمدد بشكل كبير نتيجة ارتفاع درجة الحرارة المحيطة. إضافةً إلى ذلك، تحدث تفاعلات جانبية عند التيارات العالية في المحاليل المائية، مما يُصعّب الحصول على مركبات من الرتبة الأولى.

2. الشركات الإنتاجية الرئيسية والطاقة الإنتاجية

شهد إنتاج منتجات الجرافيت الموسع في بلدي نموًا ملحوظًا، إذ ارتفع من مرحلة التأسيس إلى أكثر من 100 مصنع، بطاقة إنتاجية سنوية تبلغ حوالي 30 ألف طن، مع انخفاض نسبة التركيز في السوق. كما أن معظم المصانع تُنتج في الأساس مواد حشو مانعة للتسرب منخفضة الجودة، ونادرًا ما تُستخدم في موانع التسرب في السيارات أو مصابيح الطيران النووية. ومع ذلك، ومع تطور التكنولوجيا المحلية، ستزداد نسبة المنتجات عالية الجودة تدريجيًا.

3. الطلب السوقي والتوقعات المتعلقة بمواد منع التسرب

يُستخدم الجرافيت المُوسّع حاليًا بشكل رئيسي في صناعة السيارات كمواد مانعة للتسرب، مثل حشيات الأسطوانات وحشيات منافذ السحب والعادم، وغيرها. وفي بلدي، تُستخدم مواد الجرافيت المُوسّع بشكل أساسي كحشوات مانعة للتسرب. وقد تم تطوير نوع من الجرافيت المُوسّع منخفض الكربون، مما يُساهم في خفض تكلفة إنتاجه بشكل كبير، وبالتالي استبدال الأسبستوس على نطاق واسع وزيادة الطلب عليه. ومن جهة أخرى، إذا أمكن استبدال مواد منع التسرب البلاستيكية والمطاطية والمعدنية جزئيًا، فسيزداد الطلب المحلي السنوي على مواد الجرافيت المُوسّع.

في صناعة السيارات، يحتاج كل غطاء رأس أسطوانة، وغطاء مدخل الهواء، وغطاء منفذ العادم إلى ما بين 2 و10 كيلوغرامات من الجرافيت الموسع، ويحتاج كل 10000 سيارة إلى ما بين 20 و100 طن من الجرافيت الموسع. وقد دخلت صناعة السيارات في الصين مرحلة نمو سريع، ولذلك لا يزال الطلب السنوي لبلادنا على مواد منع التسرب المصنوعة من الجرافيت الموسع مرتفعًا للغاية.