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1、優(yōu)異特性讓柔性石墨在細分賽道“稱王”

柔性石墨保留了石墨材料優(yōu)異的物理機械性能，同時具有良好的柔韌性和壓縮回彈特性，是各類石墨薄板和密封件的首選材料。

與常規(guī)密封件相比，柔性石墨密封件的綜合性能更為優(yōu)異，低溫不脆且高溫不軟，具有良好的耐寒及耐高溫特性，已在眾多領(lǐng)域取代了橡膠、金屬及聚四氟乙烯等傳統(tǒng)密封材料，在航空航天及核工業(yè)等極端環(huán)境內(nèi)具有不可替代的作用，有“密封王”的稱號。

馬俊宏等綜合不同工況下核級石墨墊片蠕變結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其最大蠕變率為3.5%，遠低于現(xiàn)行核電工程中對密封墊片蠕變性能的規(guī)范要求。其研究表明: 核級石墨密封墊片處于高溫或高壓環(huán)境下均具有較好的抗蠕變性能，可滿足核電密封系統(tǒng)的可靠性要求。何君等將柔性石墨應(yīng)用于某固體火箭發(fā)動機的地面熱試車及飛行試驗，解決了該型號固體火箭發(fā)動機在使用過程中的密封問題并為后續(xù)同類型產(chǎn)品的開發(fā)提供了借鑒。

核電站石墨密封墊片圖源：濱州雙峰石墨

2、柔性石墨并非天生的“密封王”

柔性石墨是一種多孔的各向異性材料，其自身的強度、塑形及硬度較低，直接用作密封材料無法適應(yīng)高溫及高壓的環(huán)境且易散架，常跟一些金屬材料形成復(fù)合增強板或金屬墊片。因此柔性石墨制品從形態(tài)上也可分為兩個方向，一類是柔性石墨卷材，主要是用于墊片制造；另一類是柔性石墨線，用于編織填料。

此外，雖然柔性石墨具有一系列有點和優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性，但在含氧氛圍中，柔性石墨材料的耐高溫能力及抗氧化能力受到限制，耐受溫度一般不超過450℃，且在750℃后氧化反應(yīng)迅速加劇，失重效果愈加明顯，氧化后柔性石墨材料的規(guī)整性下降，各項性能均受到影響，因此，常用溶液浸漬法、表面涂層法、基體改性法(加入氧化抑制劑)等方法來提高柔性石墨的抗氧化能力。

3、柔性石墨復(fù)合密封材料分類和應(yīng)用

基于現(xiàn)代加工工藝可知，柔性石墨復(fù)合密封材料制品主要是以以下幾種形式呈現(xiàn)。

（1）密封墊片。密封墊片主要是被應(yīng)用于各種管道、閥門等法蘭連接處做靜密封處理。在密封墊片的制作中，柔性石墨復(fù)合密封材料可以通過物理處理，將其根據(jù)不同的場所不同規(guī)格型號展開模壓、沖制而成。

（2）纏繞墊。柔性石墨纏繞墊為柔性石墨帶與V形或W形金屬帶相間纏繞而成的一種復(fù)合密封墊。具有極好的耐高低溫、抗腐蝕性,密封效果良好，是目前高溫、高壓工況下最有效的密封材料之一，能承受較高的螺拴荷載。

（3）柔性石墨填料。它是通過柔性石墨同其他材料復(fù)合制備而成可纏繞在芯棒的制品，該填料制品內(nèi)部具有纖維骨架，能使用的pH值在0～14，溫度為-240～454℃的高壓、高溫生產(chǎn)環(huán)境，是各種化學試劑等工業(yè)部門和核工業(yè)的優(yōu)選密封材料。目前市場上柔性石墨填料的結(jié)構(gòu)類型已經(jīng)很多，有柔性石墨填料環(huán)、柔性石墨盤根、石墨填料墊、增強石墨盤根等產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用在各行業(yè)的動靜密封系統(tǒng)中。

4、石墨制墊片分類和應(yīng)用

墊片是石墨密封材料中最重要的一類產(chǎn)品。

石墨制墊片常見的分類及型式有：①柔性石墨與金屬的復(fù)合板材；②柔性石墨復(fù)合于石棉橡膠板兩側(cè)；③柔性石墨金屬纏繞墊片；④柔性石墨金屬齒形墊片；⑤金屬接觸型石墨復(fù)合墊片(帶金屬支撐環(huán))。其中國內(nèi)使用較多的屬于①和③。

密封墊片的種類、適用范圍與經(jīng)濟性能

柔性石墨復(fù)合增強(板)墊片是由不銹鋼沖齒或沖孔芯板與柔性石墨粒子在粘合劑作用下復(fù)合而成，不銹鋼材料起加強作用，其使用壓力可達15Mpa，使用溫度范圍廣，下限溫度可在-200℃，上限溫度與環(huán)境有關(guān)，在非氧化性介質(zhì)時，最高溫度可達650℃，在氧化性介質(zhì)下，上限溫度可達450℃，可適用于突面、凹面/凸面、榫面/槽面法蘭。在實際應(yīng)用中，通常將柔性石墨與環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂進行復(fù)合制造，可在機械強度、彈性、韌性和耐磨性等方面進行大幅度的增強。

石墨復(fù)合板 圖源：濱州雙峰石墨

石墨復(fù)合墊片 圖源：濱州雙峰石墨

柔性石墨金屬纏繞墊片是由不銹鋼金屬帶或其他合金與柔性石墨在平面纏繞多層后制成的，根據(jù)制造標準《柔性石墨金屬纏繞墊片技術(shù)條件》(JB/T6369—2005)中規(guī)定，墊片本體表面應(yīng)光滑，不應(yīng)有損傷、銹跡及其他缺陷，在主體完成纏繞后，其密封面不再進行加工處理，金屬主體斷面的纏繞帶主要有V形、U形或W形，可分為基本形、帶內(nèi)環(huán)、帶外環(huán)及帶內(nèi)外環(huán)的纏繞絲墊片，不同的結(jié)構(gòu)適用于不同的法蘭密封面。

金屬纏繞墊片 圖源：濱州雙峰石墨

5、機械密封材料市場現(xiàn)狀及石墨密封材料發(fā)展趨勢

機械密封全球市場是一個較集中的市場，競爭格局保持相對穩(wěn)定，約翰·克蘭、伊格爾·博格曼、福斯三家國際巨頭幾乎占據(jù)全球市場70%以上的份額。機械密封國內(nèi)市場的競爭格局則正在由分散走向集中，由于新增大型先進產(chǎn)能對機械密封供應(yīng)商的要求苛刻，密封行業(yè)中小企業(yè)難以參與增量市場競爭，國內(nèi)加速淘汰落后產(chǎn)能的趨勢也使得其存量市場逐步萎縮，龍頭企業(yè)的市場占有率明顯提升，未來機械密封國內(nèi)市場的競爭格局將逐步接近全球。在際市場，發(fā)達國家的市場幾乎都是三家國際巨頭的天下，但近兩年我國中密控股、密封科技、中鼎密封、海達股份等在發(fā)展中國家市場的拓展速度不斷加快，已占據(jù)一定市場地位并逐漸提高了品牌知名度。

在石墨密封材料這一細分領(lǐng)域，濱州國投集團權(quán)屬企業(yè)濱州雙峰石墨密封材料有限公司是為數(shù)不多的具備較高的影響力生產(chǎn)商之一。作為濱州國投集團新材料板塊的重要一極，雙峰石墨公司擁有自動化石墨密封材料生產(chǎn)線8條，年生產(chǎn)能力7000噸，位居全國第一。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于核能、石化、汽車、船舶等領(lǐng)域，并出口到歐美日等國家，在國內(nèi)外市場享有較高的聲譽。2023年，該公司石墨材料產(chǎn)量2500噸，產(chǎn)品產(chǎn)值0.61億元，全國市場占有率10%，是目前亞洲大的柔性石墨卷材(板材)生產(chǎn)基地之一。下一步，濱州國投集團將聚焦“產(chǎn)業(yè)投資”，推動雙峰石墨擴大再生產(chǎn)，為重點項目密封產(chǎn)品的國產(chǎn)化貢獻力量。

整體來看，我國在通用密封材料領(lǐng)域與國際水平相差不大，但是在先進密封材料研發(fā)、通用密封材料復(fù)合和密封摩擦副功能協(xié)同等方面與國外密封發(fā)達國家尚有較大差距，對石墨這類密封材料的研究仍有較大提升空間。目前中國石墨密封材料研發(fā)水平可以滿足航空、航天產(chǎn)品的基本需求，還需要不斷提高石墨密封制品的綜合性能。例如，加強常用原料的性能研究，選擇適宜的浸漬材料對石墨制品進行補強。加強工藝過程的研究，使原材料和制造工藝相匹配，得到適用于密封的量好石墨材料。加強新材料的研究，通過引入新材料調(diào)控石墨制品自身的結(jié)構(gòu)缺陷，提高石墨密封材料的綜合性能。加強應(yīng)用環(huán)境研究，根據(jù)不同工作環(huán)境的要求進行應(yīng)用研究，使石墨材料能更好配合工作環(huán)境，達到良好的密封效果，擴大其應(yīng)用范圍等。

近年來，尤其是大國博弈加劇之際，密封件作為機械設(shè)備的核心零部件，關(guān)系到機械設(shè)備的安全和經(jīng)濟效益，國產(chǎn)替代要求日益迫切，這也意味著新的發(fā)展機遇期的到來。隨著密封行業(yè)下游應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)穩(wěn)定需求增加，密封件工業(yè)仍將保持平穩(wěn)的增長態(tài)勢，石墨密封材料份額小，具備廣闊的增長空間。有關(guān)機構(gòu)預(yù)測，2027年我國密封件市場規(guī)模將達2400億元左右，增速仍在加快。

參考來源：

馬俊宏，等：核級石墨密封墊片壓縮蠕變性能研究，西南交通大學

殷小明，等：基于石墨制墊片的密封性能研究進展，上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院

李炎，等：柔性石墨的制備技術(shù)及應(yīng)用進展，中國運載火箭技術(shù)研究院

楊珞，等：膨脹石墨的制備及應(yīng)用研究進展，武漢理工大學

張江鋒，等：柔性石墨復(fù)合密封材料制品的物理性能和機械性能研究，池州職業(yè)技術(shù)學院

濱州雙峰石墨密封材料有限公司

中密控股2023年年報

《閥門》期刊等

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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