Файл: УП Наполнители.doc

канальный — периодический процесс, осуществляемый в специальных камерах периодического действия, в полу которых установлены щелевые (канальные) горелки. Пламя сгорающего сырья (природный газ) на выходе из горелок сталкивается с охлаждаемым водой металлическим жёлобом, процесс окисления прекращается с выделением техуглерода, который собирается внутри камеры. Полученный продукт периодически выгружают вручную.

По способу производства различают виды саж: печная, канальная, термическая, ламповая, ацетиленовая (получают разложением ацетилена, характеризуется высокой структурностью и электропроводностью).

На рисунках 8.1 – 8.4 показаны характерные электронные микрофотографии различных типов саж.

В таблице 8.1 приведены типичные свойства саж, получаемых различными методами.

Электропроводность саж довольно высока и колеблется (по _v) от 1,5 до 800 ом  см в зависимости от размера частиц, структурности и содержания летучих. Чем меньше размер частиц выше структурность и меньше содержание летучих, тем лучше электропроводность сажи.

Классификация. В РФ применяются две классификации технического углерода по ГОСТ 7885 и стандарту американского общества испытания материалов ASTM D1765. В соответствии с классификацией по ГОСТ установлены 10 марок технического углерода. В зависимости от способа получения (печной, канальный, термический) маркам присвоены буквенные индексы «П», «К», «Т». Следующий за буквенным цифровой индекс характеризует средний размер частиц техуглерода в целых десятках нанометров. Два последних цифровых индекса выбирались при утверждении марки.

Таблица 8.1 – Химические и физические свойства саж.

В основе классификации по стандарту ASTM D1765 лежит способность некоторых марок технического углерода изменять скорость вулканизации резиновых смесей. В зависимости от чего маркам присвоены буквенные индексы «N» (с нормальной скоростью вулканизации) и «S» (с замедленной скоростью вулканизации, от англ. «slow» — медленный). Следующий за буквенным цифровой индекс — номер группы марок по средней удельной поверхности. Два последних цифровых индекса выбирались при утверждении марки.

Стандартом описаны (по состоянию на 2006 год) 43 марки технического углерода, из которых индекс «S» имеют 2.

Воздействие на человека. По текущим оценкам Международного агентства по исследованиям в области рака, технический углерод, возможно, является канцерогенным веществом для человека и по этой причине отнесён к группе 2B по классификации канцерогенных веществ. Кратковременное воздействие высоких концентраций пыли техуглерода может вызывать дискомфорт в верхних дыхательных путях за счёт механического раздражения.

9 Графит

Графит (от греч. γραφειν — пишу) — минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Графит представляет собой распространенный природный минерал, зале­гающий в виде зернистых, чешуйчатых или пластинчатых масс, содержащих иногда до 20 % минеральных примесей (Si, Al, Fe, Mg и др.). Его происхожде­ние в природе связано с воздействием высоких температур и давлений на по­роды типа каменных углей и битумов.

Условия нахождения в природе. Сопутствующие минералы: пирит, гранаты, шпинель. Образуется при высокой температуре в вулканических и магматических горных породах, в пегматитах и скарнах. Встречается в кварцевых жилах с вольфрамитом и др. минералами в среднетемпературных гидротермальных полиметаллических месторождениях. Широко распространён в метаморфических породах — кристаллических сланцах, гнейсах, мраморах. Крупные залежи образуются в результате пиролиза каменного угля под воздействием траппов на каменноугольные отложения (Тунгусский бассейн). Акцессорный минерал метеоритов.

Структура. Структура слоистая. Слои кристаллической решетки могут по разному располагаться относительно друг друга, образуя целый ряд политипов, с симметрией от гексагональной сингонии (дигексагонально-дипирамидальный), до тригональной (дитригонально-скаленоэдрический). Слои слабоволнистые почти плоские, состоят из шестиугольных слоев атомов углерода (рисунок 9.1). Кристаллы пластинчатые, чешуйчатые.

с – расстояние между плоскостями

Рисунок 9.1 - Структура графита.

Гексагональная ячейка графита относится к пространственной группе с че­тырьмя атомами, приходящимися на элементарную ячейку. Последняя пред­ставляет собой призму высотой 0,671 нм с ромбом в основании. Стороны ром­ба равны 0,246 нм с углом 60°. В каждой плоскости углеродные атомы образуют сетку правильных шестигранников (рисунок 8.1). При этом атомы углерода расположены в вершинах правильных плотноупакованных шестиугольников (гексагонов); эти плоскости называются базисными. Каждый атом в базисной плоскости связан с тремя соседними, расположенными от него на расстоянии 0,1415 нм. Энергия связи между атомами составляет 710 кДж/моль. Существуют гексагональная и ромбоэдрическая кристаллические модификации графита. Силы взаимодейст­вия между базисными плоскостями малы и являются силами Ван-дер-Ваальса. Энергия связи между плоскостями от 4,2 до 18,2 кДж/моль, расстояние 0,3354 нм. Внутри слоя атомы углерода связаны между собой ковалентными sp²-связями.

Графиту соответствует "паркетный" полимер, состоящий из атомов углерода sp² -гибридизации, расположенных в одной плос­кости (решетка двухмерная). В кристаллах графита и алмаза атомы углерода находятся в разных гиб­ридных состояниях. Стабильность этих кристаллических форм изменяется в зависимости от окружающих условий.

Кри­сталлографическая структура идеального кристалла графита по­казана на рисунке 9.2, а. Форма и размер кристаллов графита характеризуют толщиной пакета L_с, определяется числом слоев в пакете; шириной углеродного слоя L_а, ширина слоя в направлении "а" (рисунок 8.1); межплоскостным расстоянием d₀₀₂ = с/2. Расстояние между плоскостями идеального кри­сталла графита d₀₀₂ составляет 3,35 Å. Параметры кристаллической решетки графита различны для различных графитов:

Рисунок 9.2 - Кристаллографическая структура идеального кристалла графита (а) и графита с турбостратной структурой (б).

В базовых плоскостях атомы углерода соединены очень прочными ковалентными связями. Теоретический предел прочности и теоретический модуль упру­гости кристалла графита при растяжении вдоль плоскости слоев составляют соответственно 100 и 1000 ГПа. Межплоско­стное взаимодействие определяется относительно слабыми Ван-дер-Ваальсовыми силами, что приводит к низким значениям механических свойств кристалла в направлении, перпендикуляр­ном к слоям. Так, например, теоретический модуль упругости поперек слоев составляет только 35 ГПа.