กราไฟท์แบบขยายและวัสดุหน่วงไฟ

เนื่องจากเป็นวัสดุคาร์บอนเชิงฟังก์ชันชนิดใหม่ Expanded Graphite (EG) จึงเป็นวัสดุคล้ายหนอนที่หลวมและมีรูพรุนซึ่งได้มาจากเกล็ดกราไฟท์ธรรมชาติโดยการแทรกแซง การล้าง การอบแห้ง และการขยายที่อุณหภูมิสูงEG นอกจากคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมของกราไฟท์ธรรมชาติแล้ว เช่น ความต้านทานต่อความเย็นและความร้อน ความต้านทานการกัดกร่อน และการหล่อลื่นในตัวเองแล้ว ยังมีคุณลักษณะของความนุ่มนวล ความยืดหยุ่นในการบีบอัด การดูดซับ การประสานงานกับสภาพแวดล้อมทางนิเวศน์ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และความต้านทานรังสีที่กราไฟท์ธรรมชาติ ไม่ได้มี.ในช่วงต้นทศวรรษ 1860 Brodie ค้นพบกราไฟท์ขยายตัวโดยการให้ความร้อนกราไฟท์ธรรมชาติด้วยรีเอเจนต์ทางเคมี เช่น กรดซัลฟิวริกและกรดไนตริก แต่การใช้งานไม่ได้เริ่มต้นจนกระทั่งหนึ่งร้อยปีต่อมานับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา หลายประเทศได้เปิดตัวการวิจัยและพัฒนากราไฟท์แบบขยาย และทำให้เกิดความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญ

กราไฟท์ที่ขยายตัวที่อุณหภูมิสูงสามารถขยายปริมาตรได้ทันที 150 ถึง 300 เท่า จากแผ่นไปจนถึงแบบหนอน เพื่อให้โครงสร้างหลวม มีรูพรุน และโค้ง พื้นที่ผิวจะขยายใหญ่ขึ้น พลังงานพื้นผิวได้รับการปรับปรุง การดูดซับของกราไฟท์เกล็ดคือ ปรับปรุงให้ดีขึ้น และกราไฟท์ที่มีลักษณะคล้ายหนอนสามารถเป็นกระเบื้องโมเสคในตัวเองได้ ซึ่งจะเพิ่มความนุ่มนวล ความยืดหยุ่น และความเป็นพลาสติก

กราไฟท์แบบขยายได้ (EG) เป็นสารประกอบระหว่างชั้นของกราไฟท์ที่ได้จากกราไฟท์เกล็ดธรรมชาติโดยปฏิกิริยาออกซิเดชันทางเคมีหรือออกซิเดชันเคมีไฟฟ้าในแง่ของโครงสร้าง EG เป็นวัสดุคอมโพสิตระดับนาโนเมื่อ EG ที่ได้จากปฏิกิริยาออกซิเดชันของ H2SO4 ธรรมดาอยู่ภายใต้อุณหภูมิสูงกว่า 200°C ปฏิกิริยารีดอกซ์จะเกิดขึ้นระหว่างกรดซัลฟูริกและอะตอมคาร์บอนกราไฟต์ ทำให้เกิด SO2, CO2 และไอน้ำจำนวนมาก ดังนั้น EG จึงเริ่มขยายตัว และถึงปริมาตรสูงสุดที่ 1 100°C และปริมาตรสุดท้ายสามารถสูงถึง 280 เท่าของปริมาตรเริ่มต้นคุณสมบัตินี้ช่วยให้ EG สามารถดับเปลวไฟโดยการเพิ่มขนาดชั่วคราวในกรณีเกิดเพลิงไหม้

กลไกการหน่วงไฟของ EG อยู่ในกลไกการหน่วงไฟของเฟสการแข็งตัว ซึ่งเป็นสารหน่วงการติดไฟโดยการชะลอหรือขัดขวางการสร้างสารที่ติดไฟได้จากสารที่เป็นของแข็งEG เมื่อได้รับความร้อนถึงระดับหนึ่งก็จะเริ่มขยายตัวและกราไฟท์ที่ขยายตัวจะกลายเป็นรูปทรง Vermicular โดยมีความหนาแน่นต่ำมากจากสเกลเดิมจึงเกิดเป็นชั้นฉนวนที่ดีแผ่นกราไฟท์แบบขยายไม่เพียงแต่เป็นแหล่งคาร์บอนในระบบแบบขยายเท่านั้น แต่ยังรวมถึงชั้นฉนวนซึ่งสามารถเป็นฉนวนความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชะลอและหยุดการสลายตัวของโพลีเมอร์ในขณะเดียวกัน ความร้อนจำนวนมากจะถูกดูดซับในระหว่างกระบวนการขยาย ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิของระบบลดลงนอกจากนี้ ในระหว่างกระบวนการขยายตัว ไอออนของกรดในชั้นระหว่างชั้นจะถูกปล่อยออกมาเพื่อส่งเสริมให้เกิดภาวะขาดน้ำและคาร์บอไนเซชัน

EG เป็นสารหน่วงไฟที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมโดยปราศจากฮาโลเจน มีข้อดีคือ: ปลอดสารพิษ ไม่สร้างก๊าซพิษและกัดกร่อนเมื่อถูกความร้อน และผลิตก๊าซไอเสียเพียงเล็กน้อยจำนวนเงินเพิ่มเติมมีน้อยไม่มีน้ำหยด;การปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อมที่แข็งแกร่งไม่มีปรากฏการณ์การโยกย้ายความเสถียรของรังสียูวีและความเสถียรของแสงนั้นดีมีแหล่งที่มาเพียงพอและกระบวนการผลิตก็เรียบง่ายดังนั้น EG จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุหน่วงไฟและวัสดุกันไฟได้หลากหลาย เช่น ซีลกันไฟ แผงกันไฟ สารหน่วงไฟและสารเคลือบป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ถุงกันไฟ วัสดุพลาสติกกันไฟ วงแหวนหน่วงไฟ และพลาสติกทนไฟ