Le graphite expansé, également appelé graphite vermiculaire, est un composé cristallin obtenu par intercalation, par des méthodes physiques ou chimiques, de réactifs non carbonés dans des nanomatériaux de carbone intercalés de structure graphitique naturelle. Ces réactifs se combinent aux plans du réseau hexagonal de carbone tout en préservant la structure lamellaire du graphite. Le graphite expansé conserve non seulement les excellentes propriétés physico-chimiques du graphite, telles que la résistance aux hautes températures, à la corrosion, au flux neutronique et à l'irradiation de longue durée aux rayons X et gamma, mais aussi d'excellentes propriétés telles qu'un faible coefficient de frottement, une bonne autolubrification, une conductivité électrique et thermique élevée et une anisotropie marquée. De plus, grâce à l'interaction entre le matériau intercalé et la couche de graphite, le graphite expansé présente de nouvelles propriétés que le graphite pur et le matériau intercalé ne possèdent pas, et il surmonte la fragilité et la résistance aux chocs du graphite naturel. Les rédacteurs de Furuite Graphite présentent ci-dessous les méthodes de synthèse industrielle et les applications du graphite expansé :
1. Méthodes de synthèse couramment utilisées dans l'industrie
① Oxydation chimique
Avantages : L’oxydation chimique est une méthode largement utilisée et éprouvée dans l’industrie. Elle présente donc des avantages indéniables : technologie mature et faible coût.
Inconvénient : L’agent d’intercalation est généralement de l’acide sulfurique concentré, ce qui entraîne une forte consommation d’acide. Le procédé de production génère des émissions de SOx, un gaz nocif, et les résidus présents dans le produit peuvent corroder les équipements de synthèse.
2. Oxydation électrochimique
Tout comme l'oxydation chimique, c'est l'une des méthodes de synthèse industrielle courantes pour le graphite expansé.
Avantages : Il n’est pas nécessaire d’ajouter d’oxydants puissants, tels que des acides forts, et la réaction peut être contrôlée en ajustant des paramètres comme le courant et la tension. L’équipement de synthèse est simple, la quantité produite est importante, l’électrolyte n’est pas pollué et peut être réutilisé.
Inconvénients : La stabilité du produit synthétisé est inférieure à celle obtenue par d’autres méthodes, qui nécessitent un équipement plus performant. De plus, de nombreux facteurs influent sur la qualité du produit. Le volume du produit expansé peut parfois être fortement réduit par l’augmentation de la température ambiante. Par ailleurs, des réactions secondaires se produisent à courant élevé en solution aqueuse, ce qui rend difficile l’obtention de composés de premier ordre.
2. Principales entreprises de production et capacité de production
La production de produits en graphite expansé dans mon pays, initialement à ses débuts, compte aujourd'hui plus de 100 fabricants et une production annuelle d'environ 30 000 tonnes. La concentration du marché reste faible. De plus, la plupart des fabricants produisent principalement des mastics d'étanchéité bas de gamme, rarement utilisés dans l'industrie automobile ou pour l'éclairage aéronautique nucléaire. Cependant, avec le développement des technologies nationales, la part des produits haut de gamme augmentera progressivement.
3. Demande du marché et prévisions concernant les matériaux d'étanchéité
Actuellement, le graphite expansé est principalement utilisé comme matériau d'étanchéité pour l'automobile, notamment pour les joints de cylindres, d'admission et d'échappement. En Chine, il sert principalement de charge d'étanchéité. Le développement récent d'un graphite expansé à faible teneur en carbone permet de réduire considérablement son coût de production, favorisant ainsi le remplacement à grande échelle de l'amiante et stimulant la demande. Par ailleurs, le remplacement partiel des matériaux d'étanchéité en plastique, caoutchouc et métal devrait accroître la demande intérieure annuelle de graphite expansé.
Dans l'industrie automobile, chaque joint de culasse, d'admission d'air et d'échappement nécessite environ 2 à 10 kg de graphite expansé, soit 20 à 100 tonnes pour 10 000 véhicules. L'industrie automobile chinoise connaît actuellement une croissance rapide. Par conséquent, la demande annuelle de mon pays en matériaux d'étanchéité en graphite expansé reste très stable.
Date de publication : 7 septembre 2022