Scénarios d'utilisation du graphite expansible
1. Le matériau d'étanchéité est composé de graphite à haute teneur en carbone, d'acide sulfurique concentré et d'acide nitrique. Après acidification et traitement thermique, il est pressé et mis en forme. Le graphite flexible ainsi obtenu est un nouveau matériau d'étanchéité haute performance, un nanomatériau synthétisé in situ. Comparé au caoutchouc d'amiante et aux matériaux d'étanchéité traditionnels, il présente une excellente compressibilité, résilience, auto-adhérence et une faible densité. Il peut être utilisé durablement dans des conditions de travail difficiles, notamment à haute température et en milieu corrosif. Les plaques et composants d'étanchéité en graphite sont largement utilisés dans l'aérospatiale, la mécanique, l'électronique, le nucléaire, la pétrochimie, l'énergie électrique, la construction navale et la métallurgie. Grâce à sa légèreté, sa conductivité thermique et phonique, sa résistance aux hautes températures, à la corrosion acide et alcaline, sa bonne résilience, ses propriétés lubrifiantes et plastiques, sa stabilité chimique et autres atouts, il est reconnu comme le « roi de l'étanchéité ».
2. Le graphite expansible, obtenu par expansion à haute température dans le domaine de la protection de l'environnement, possède une structure poreuse riche et d'excellentes performances d'adsorption, ce qui lui confère un large éventail d'applications en protection de l'environnement et en biomédecine. Sa structure poreuse se divise en deux catégories : pores ouverts et pores fermés. Le volume poreux du graphite expansible est d'environ 98 %, et il est principalement constitué de grands pores dont la taille varie de 1 à 10,3 nm. Étant principalement macroporeux et mésoporeux, ses caractéristiques d'adsorption diffèrent de celles du charbon actif et d'autres matériaux microporeux. Il convient à l'adsorption en phase liquide, mais pas en phase gazeuse. Il est oléophile et hydrophobe en phase liquide. 1 g de graphite expansible peut adsorber plus de 80 g d'huile lourde, ce qui en fait un matériau prometteur pour la protection de l'environnement et le traitement des polluants pétroliers à la surface de l'eau. Dans le traitement des eaux usées des industries chimiques, on utilise fréquemment des micro-organismes (bactéries). Le graphite expansible est un excellent support microbien, notamment pour le traitement des eaux polluées par des macromolécules organiques d'hydrocarbures. Grâce à sa bonne stabilité chimique et à sa réutilisation renouvelable, il présente un fort potentiel d'application.
3. En médecine, grâce à ses propriétés d'adsorption des macromolécules organiques et biologiques, le graphite expansible présente un large éventail d'applications potentielles dans le domaine des matériaux biomédicaux.
4. L'utilisation de graphite expansible comme matériau de batterie à haute énergie repose sur la transformation de l'énergie libre en énergie électrique par la réaction de couches de graphite expansible. Généralement, le graphite expansible est utilisé comme cathode, le lithium comme anode, ou un composite graphite expansible-oxyde d'argent comme cathode, le zinc comme anode. L'encre de fluorure fossile, l'acide graphite et le graphite expansible à base d'halogénures métalliques tels que AuCl3 et TiF4 ont également été utilisés dans les batteries.
5, ignifuge
Grâce à son extensibilité et à sa résistance aux hautes températures, le graphite expansible constitue un excellent matériau d'étanchéité et est largement utilisé dans les joints coupe-feu. Il existe deux principales formulations : la première consiste en l'expansion de matériaux à base de graphite et de caoutchouc, additionnés d'un retardateur de flamme inorganique, d'un accélérateur, d'un agent de vulcanisation, d'un agent de renforcement et d'une charge. Après vulcanisation et moulage, on obtient des joints d'étanchéité en caoutchouc expansible de différentes spécifications, principalement utilisés pour les portes et fenêtres coupe-feu, entre autres. Ces joints bloquent efficacement la propagation des fumées à température ambiante et en cas d'incendie. La seconde formulation utilise une bande de fibre de verre comme support. Le graphite expansible, lié par un liant, forme un adhésif grâce à la carbonisation du matériau à haute température. Sous l'effet de la force de cisaillement, le graphite ne glisse pas. Ce type de joint est principalement utilisé pour les portes coupe-feu, mais il n'est pas efficace pour bloquer les fumées froides à température ambiante ou basse température ; il doit donc être associé à un mastic d'étanchéité pour température ambiante.
Le graphite expansible ignifuge est un excellent retardateur de flamme pour les matières plastiques. Non toxique et non polluant, il offre une protection optimale contre le feu, utilisé seul ou en mélange avec d'autres retardateurs de flamme. À efficacité égale, il nécessite une quantité bien moindre de graphite expansible que les retardateurs de flamme classiques. Son principe d'action est le suivant : à haute température, le graphite se dilate rapidement, étouffant les flammes. Le matériau ainsi formé recouvre la surface du substrat, l'isolant du rayonnement thermique et de l'oxygène. Lors de cette expansion, les radicaux acides présents dans la couche intermédiaire sont libérés, favorisant la carbonisation du substrat et permettant ainsi d'obtenir d'excellents résultats grâce à diverses méthodes de retardement de flamme.
Sac ignifuge, matériau de bloc ignifuge de type plastique, anneau de résistance au feu : grâce à sa capacité à résister aux dommages à haute température et à son taux d’expansion élevé, le graphite expansible peut être utilisé comme composant de sac ignifuge, de matériau de bloc ignifuge de type plastique ou d’anneau de résistance au feu, constituant ainsi un matériau ignifuge à expansion efficace. Il est utilisé pour l’étanchéité coupe-feu des bâtiments (par exemple : étanchéité des tuyaux de construction, câbles, fils, gaz, conduites de gaz, conduites d’air, etc.).
Application dans les revêtements : L’ajout de fines particules de graphite expansible aux revêtements ordinaires permet d’obtenir des revêtements ignifuges et antistatiques plus performants, améliorant ainsi leur résistance aux hautes températures et au feu. La couche de carbone légère et incombustible qui se forme en cas d’incendie bloque efficacement le rayonnement thermique vers le substrat et le protège efficacement. De plus, grâce à ses propriétés de bon conducteur électrique, le graphite permet au revêtement de prévenir l’accumulation de charges électrostatiques. Appliqué aux réservoirs de stockage de pétrole, il offre une double protection contre l’incendie et l’électricité statique.
Panneau coupe-feu, papier ignifuge résistant à la corrosion et aux hautes températures : la base métallique est revêtue d’une couche de graphite expansible, elle-même prise en sandwich entre cette couche et la base métallique par une couche adhésive carbonisée. La couche de graphite expansible est recouverte d’une couche protectrice carbonisée. Ce panneau offre une résistance à la corrosion, aux hautes températures et à la haute pression. Il peut également être utilisé à basse température. Résistant aux variations de température, il présente un excellent coefficient de conduction thermique. Sa température de fonctionnement s’étend de -100 °C à 2 000 °C. Ce panneau offre une large gamme d’applications, est facile à fabriquer et économique. Par ailleurs, le graphite expansible à haute température, également appelé papier graphite pressé, est utilisé pour l’isolation thermique.
