팽창성 흑연의 활용 시나리오
1. 밀봉재는 고탄소 흑연과 농축 황산 및 질산을 혼합하여 산성화 처리, 열처리 후 압착 및 성형하여 제조합니다. 이렇게 제조된 연성 흑연은 새로운 고성능 밀봉재로, 나노 소재가 현장에서 직접 성장한 형태입니다. 석면 고무 및 기타 기존 밀봉재와 비교하여 압축성, 탄성, 자가 접착성, 저밀도 등의 우수한 특성을 지니고 있으며, 고온, 고온 부식 등 가혹한 작업 환경에서 장기간 사용할 수 있습니다. 이 흑연판 및 이를 이용한 밀봉 부품은 항공우주, 기계, 전자, 원자력, 석유화학, 전력, 조선, 제련 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 가벼운 무게, 우수한 전도성, 열전도성, 고온 저항성, 내산성 및 내알칼리성, 우수한 탄성, 윤활성, 가소성 및 화학적 안정성 등의 탁월한 특성으로 인해 세계적으로 "밀봉재의 왕"으로 불립니다.
2. 환경 보호 분야에서 고온 팽창법으로 얻은 팽창성 흑연은 풍부한 기공 구조와 우수한 흡착 성능을 가지고 있어 환경 보호 및 생물 의학 분야에서 폭넓게 활용됩니다. 팽창성 흑연의 기공 구조는 개방 기공과 폐쇄 기공의 두 종류로 나뉩니다. 팽창성 흑연의 기공 부피는 약 98%이며, 주로 1~10.3 nm 범위의 기공 크기를 가진 큰 기공으로 구성됩니다. 주로 거대 기공 및 중간 기공으로 이루어져 있기 때문에 활성탄 및 기타 미세 기공 물질과는 흡착 특성이 다릅니다. 액상 흡착에는 적합하지만 기상 흡착에는 적합하지 않습니다. 액상 흡착 시에는 친유성 및 소수성을 나타냅니다. 팽창성 흑연 1g은 80g 이상의 중유를 흡착할 수 있으므로 수면의 기름 오염 제거에 유망한 환경 보호 소재입니다. 화학 기업의 폐수 처리에는 미생물(박테리아)이 흔히 사용됩니다. 팽창흑연은 특히 유류 유기 고분자 오염수처리 분야에서 우수한 미생물 담체로 사용될 수 있다. 화학적 안정성이 뛰어나고 재생 가능한 재활용이 가능하여 응용 전망이 밝다.
3. 팽창성 흑연은 유기 및 생체 고분자의 흡착 특성을 가지고 있어 의학 분야에서 생체 재료로서 폭넓은 응용 가능성을 지니고 있습니다.
4. 고에너지 배터리 소재인 팽창 흑연은 배터리 소재로 사용되며, 팽창 흑연층의 자유 에너지 변환 반응을 이용하여 전기 에너지로 전환됩니다. 일반적으로 팽창 흑연은 음극, 리튬은 양극으로 사용되거나, 팽창 흑연 복합체는 산화은 음극, 아연은 음극으로 사용됩니다. 화석 불화물 잉크, 흑연산, 그리고 AuCl3 및 TiF4와 같은 금속 할로겐화물 팽창 흑연도 배터리에 사용되어 왔습니다.
5. 난연제
팽창성 흑연은 뛰어난 팽창성과 고온 저항성 덕분에 우수한 밀봉재로 방화 밀봉 스트립에 널리 사용됩니다. 팽창성 흑연 밀봉 스트립은 크게 두 가지 형태로 나뉩니다. 첫 번째는 흑연 소재와 고무 소재에 무기 난연제, 촉진제, 가황제, 보강제, 충전제 등을 혼합하여 가황 및 성형하여 다양한 규격의 제품을 만드는 것입니다. 주로 방화문, 방화창 등에 사용되며, 상온 및 화재 시 연기 흐름을 처음부터 끝까지 차단할 수 있습니다. 두 번째는 유리 섬유 밴드를 지지체로 하고, 바인더로 팽창성 흑연을 접착시킨 것입니다. 고온에서 탄화되어 형성된 접착제가 전단력을 발생시켜 흑연의 미끄러짐을 효과적으로 방지합니다. 주로 방화문에 사용되지만, 상온이나 저온에서 냉연 가스의 흐름을 효과적으로 차단할 수는 없으므로 상온용 실런트와 함께 사용해야 합니다.
팽창성 흑연은 플라스틱 소재에 적합한 우수한 난연제입니다. 무독성, 무공해라는 특징을 가지고 있으며, 단독으로 사용하거나 다른 난연제와 혼합하여 사용해도 이상적인 난연 효과를 얻을 수 있습니다. 팽창성 흑연은 일반 난연제보다 훨씬 적은 양으로도 동일한 난연 효과를 낼 수 있습니다. 그 작용 원리는 다음과 같습니다. 고온에서 흑연은 빠르게 팽창하여 화염을 질식시키고, 이때 생성된 팽창 흑연 물질은 기판 표면을 덮어 열복사 및 산소와의 접촉을 차단합니다. 또한, 팽창 과정에서 층간에 존재하는 산성 라디칼이 방출되어 기판의 탄화를 촉진함으로써 다양한 난연 방법을 통해 우수한 효과를 나타냅니다.
내화 백, 플라스틱형 내화 블록 소재, 내화 링은 고온에서 팽창성 흑연이 손상에 대한 저항력과 높은 팽창률을 가지고 있어, 효과적인 팽창을 통해 난연성을 확보하는 소재로서 건축물의 방화 밀봉(예: 건설 배관, 케이블, 전선, 가스관, 공기관 등의 관통 구멍 밀봉 등)에 사용될 수 있습니다.
코팅 분야에서 팽창성 흑연의 미세 입자는 일반 코팅에 첨가하여 난연성 및 정전기 방지 코팅을 향상시키고 고온 저항성 및 내화성을 개선할 수 있습니다. 화재 발생 시 형성되는 다량의 가볍고 불연성인 탄소층은 기판으로의 열 복사를 효과적으로 차단하여 기판을 보호합니다. 또한 흑연은 우수한 전기 전도성을 가지므로 코팅은 정전기 축적을 방지하여 석유 저장 탱크에 적용 시 화재 예방과 정전기 방지라는 두 가지 효과를 얻을 수 있습니다.
방화판, 방화지, 내식성 및 내열성 판: 금속 바탕에 팽창성 흑연층을 코팅하고, 팽창성 흑연층과 금속 바탕 사이에 탄화 접착층을 삽입하며, 팽창성 흑연층을 탄화 보호층으로 덮습니다. 내식성, 고온 및 고압 저항성을 갖추고 있으며, 저온에서도 정상적으로 사용 가능합니다. 급속 냉각 및 급속 가열에 강하고 열전도율이 우수합니다. 작동 온도는 -100℃에서 2,000℃까지입니다. 적용 범위가 넓고 제조가 용이하며 비용이 저렴합니다. 또한, 고온에서 팽창하는 팽창성 흑연을 압축하여 만든 흑연지 역시 방화 단열재로 사용됩니다.