FILC GRAFITOWY – WIĘCEJ NIŻ IZOLACJA

Są materiały, które dobrze izolują. Są takie, które dobrze przewodzą prąd. Są również materiały odporne na bardzo wysokie temperatury. A co, gdy wszystkie te właściwości są potrzebne jednocześnie?
Właśnie wtedy pojawia się filc grafitowy – materiał o nietypowej strukturze i wyjątkowych właściwościach, który znajduje zastosowanie tam, gdzie liczy się wysoka temperatura, czystość procesu i niska masa.
Z włókna do grafitu
Proces produkcji filcu grafitowego zaczyna się od luźnego włókna prekursorowego. Włókna są filcowane i igłowane, dzięki czemu powstaje przestrzenna, porowata struktura. Następnie materiał przechodzi przez dwa kluczowe etapy obróbki cieplnej – karbonizację oraz grafityzację.
To właśnie grafityzacja nadaje materiałowi jego wyjątkowe właściwości.

Wysoka temperatura powoduje usunięcie pozostałości składników innych niż węgiel i prowadzi do powstania materiału o bardzo wysokiej czystości. Jednocześnie materiał zachowuje włóknistą strukturę, dzięki której można go ciąć, formować i dopasowywać do elementów urządzeń.
To połączenie wysokiej czystości, odporności termicznej i elastyczności jest jednym z najważniejszych wyróżników filcu grafitowego.
Ponad 2000°C – temperatura, która zmienia wymagania
W wielu procesach przemysłowych wysoka temperatura jest jednym z największych wyzwań dla materiałów izolacyjnych.
Wraz ze wzrostem temperatury rosną wymagania dotyczące stabilności materiału, jego czystości oraz odporności na skurcz. W procesach takich jak obróbka cieplna, produkcja materiałów zaawansowanych czy praca pieców próżniowych dodatkowym problemem może być ryzyko zanieczyszczenia procesu. Filc grafitowy został opracowany właśnie z myślą o takich warunkach.
W zależności od odmiany materiał może pracować w sposób ciągły w temperaturze do 2000°C lub nawet 2200°C.
Tak wysoka odporność termiczna sprawia, że filc grafitowy może pełnić funkcję izolacji w urządzeniach pracujących w temperaturach, w których wiele standardowych materiałów izolacyjnych przestaje być użytecznych.
Niska przewodność cieplna – mimo że to grafit
Grafit kojarzy się przede wszystkim z przewodzeniem. Filc grafitowy pokazuje jednak, że sama nazwa materiału nie mówi wszystkiego o jego zachowaniu.
Włóknista, porowata struktura filcu powoduje, że materiał charakteryzuje się niską przewodnością cieplną. W praktyce oznacza to możliwość wykorzystania tego materiału jako lekkiej izolacji termicznej w wysokotemperaturowych urządzeniach technologicznych.
Co istotne, wraz ze wzrostem temperatury przewodność cieplna rośnie, ale materiał nadal zachowuje swoje podstawowe właściwości i może pracować w ekstremalnych warunkach temperaturowych.
Czystość ma znaczenie
W niektórych procesach przemysłowych sama odporność na temperaturę nie wystarcza.
Materiał izolacyjny może mieć kontakt z przestrzenią roboczą pieca lub znajdować się bezpośrednio w jego otoczeniu. Jeżeli podczas pracy uwalnia zanieczyszczenia, może negatywnie wpływać na jakość procesu lub końcowego produktu.
Zawartość węgla wynosi odpowiednio 99,97% i 99,95%, w zależności od odmiany materiału. To właśnie dlatego filc grafitowy znajduje zastosowanie w procesach, w których konieczne jest utrzymanie wysokiej czystości – między innymi przy produkcji monokryształów czy światłowodów.

 

Elastyczność, której nie daje sztywna płyta
Wysoka odporność termiczna często kojarzy się ze sztywnym, trudnym w obróbce materiałem.
Filc grafitowy idzie w przeciwnym kierunku – w swojej podstawowej postaci jest miękkim, włóknistym materiałem, który można ciąć i dopasowywać do powierzchni. Dzięki temu dobrze współpracuje z elementami konstrukcyjnymi pieców, płytami CFC oraz innymi elementami grafitowymi.
Materiał, który pracuje w kilku światach
Najciekawsze w filcu jest jednak to, że jego zastosowania nie kończą się na izolacji termicznej. Jest on również wykorzystywany jako materiał elektrodowy w systemach magazynowania i konwersji energii. Znajduje zastosowanie między innymi w przepływowych ogniwach redoks VRFB, superkondensatorach, tradycyjnych ogniwach paliwowych oraz innych zastosowaniach elektrochemicznych. To możliwe dzięki temu, że jest materiałem niemal z czystego węgla i jednocześnie przewodzi prąd.
Ten sam materiał może więc znaleźć się zarówno w wysokotemperaturowym piecu, jak i w technologii związanej z magazynowaniem energii.
Od pieców próżniowych po technologie przyszłości
Zakres zastosowań filcu grafitowego dobrze pokazuje, jak bardzo zmieniło się podejście do materiałów technicznych. Jest wykorzystywany jako izolacja termiczna i element konstrukcyjny pieców próżniowych, ale także jako materiał filtracyjny przy pracy z silnie żrącymi substancjami chemicznymi.
Jednocześnie rozwój magazynowania energii i technologii elektrochemicznych otwiera przed materiałami węglowymi kolejne możliwości, co pokazuje ważną zmianę: współczesny materiał techniczny coraz częściej nie jest projektowany tylko do jednego zadania. Musi jednocześnie wytrzymywać wysoką temperaturę, zachowywać czystość, mieć odpowiednią strukturę, przewodzić lub izolować – zależnie od zastosowania – i dawać się dopasować do konkretnej konstrukcji.
Filc grafitowy – kiedy standardowe materiały to za mało
Filc grafitowy jest rozwiązaniem dla aplikacji, w których klasyczna izolacja termiczna przestaje wystarczać.
Temperatura pracy ciągłej do 2200°C. Wysoka czystość. Niska masa. Włóknista, elastyczna struktura. Niska przewodność cieplna. Przewodność elektryczna. Możliwość formowania i laminowania.
To zestaw właściwości, który pozwala wykorzystać materiał w najbardziej wymagających procesach przemysłowych – od izolacji pieców próżniowych, przez produkcję monokryształów i światłowodów, aż po technologie magazynowania energii i elektrochemię.
Filc grafitowy to znacznie więcej niż materiał izolacyjny. Dzięki swojej strukturze może pełnić wiele różnych funkcji – wszędzie tam, gdzie temperatura, czystość i niezawodność procesu mają kluczowe znaczenie.
W ofercie Sinograf materiał ten dostępny jest pod nazwą Carbofelt.