Grafite espansa flessibile: il materiale

Può sembrare un paradosso che la grafite, un materiale soffice e sfogliabile, sia formata dello stesso elemento – il carbonio – che produce il diamante, il materiale più duro esistente in natura. La differenza tra i due sta nella loro struttura cristallina: mentre il diamante presenta una struttura tetraedrica (ibridazione sp3), simmetrica nelle tre direzioni dello spazio, la struttura della grafite è esagonale (ibridazione sp2), con gli atomi di carbonio fortemente legati su un piano e debolmente legati ortogonalmente al piano. Tale asimmetria è la causa della peculiare anisotropia riscontrabile nelle proprietà meccaniche, termiche ed elettriche della grafite, nonché della sua inerente lubricità.

• Resistenza termo-meccanica. Dal momento che l’elasticità del materiale è dovuta alla propria struttura fisica, e non alla presenza di componenti elastomerici, questa rimane inalterata da temperature criogeniche (-200°C) ad elevatissime (+ 3000°C in assenza di ossidazione). La capacità di conservare la compressione di serraggio durante impiego ad alta temperatura ed in presenza di cicli termici e dinamici é quindi tra le migliori nei materiali per guarnizioni. Essendo il creep della guarnizione molto contenuto, il riserraggio dei bulloni non è necessario.

• Inerzia chimica. La grafite espansa può essere impiegata in presenza di quasi tutti i tipi di fluidi chimicamente aggressivi, con la sola eccezione di quelli fortemente ossidanti (per esempio acido nitrico o solforico). Ottimo é il comportamento con il vapor d'acqua.

• Efficacia di tenuta a bassi carichi. Sebbene, a causa della sua struttura porosa, la grafite espansa non presenti una tenuta ai gas eccellente, questa si mantiene comunque più che soddisfacente anche a carichi di serraggio molto bassi, rendendo la grafite un materiale particolarmente adatto per impieghi con flange leggere. In assenza di processi ossidativi, la capacità di tenuta rimane inalterata nel tempo, anche durante esposizione ad alta temperatura.

• Conformabilità. E' conseguente all’alto valore della compressibilità (35÷45%), collegato all'alta porosità iniziale del materiale. Il vantaggio é parzialmente diminuito dal valore relativamente basso del ritorno elastico (10÷20%), ma quest'ultimo ha il pregio di non ridursi alle alte temperature, come invece accade per giunture a base elastomerica. La buona conformabilità rende la grafite espansa adatta per praticamente qualsiasi tipo di superficie di flange, comprese quelle danneggiate o irregolari.

• Incombustibilità. Essendo priva di sostanze organiche, la grafite espansa si presenta come il materiale ideale per guarnizioni confinanti fluidi infiammabili, e per tutti quei casi in cui sia necessario che il giunto mantenga la propria tenuta anche in caso di incendio.

• Resistenza all'invecchiamento. A temperatura ambiente od in ambiente non ossidante, la grafite espansa é un materiale estremamente stabile e pertanto non si indurisce né si deteriora con il tempo.

Processo produttivo
Il processo di produzione consiste nella macinazione e separazione della grafite minerale dalla ganga, seguita da additivazione di reagenti che, a seguito di rapido riscaldamento, fanno espandere le scaglie di grafite sino a oltre ottanta volte il loro volume iniziale, così da formare una struttura cellulare che può venire successivamente compressa in forma di rotolo di spessore solitamente compreso tra 0.2 e 2 mm. I rotoli possono essere immessi sul mercato per essere tranciati in guarnizioni, oppure trasformati in nastrini utilizzati per la fabbricazione di packing, spiralmetalliche, ed altro ancora. Le lastre possono essere impiegate allo stato omogeneo, incollate per ottenere spessori superiori, od infine accoppiate con rinforzi di vario genere.

Densità
La densità standard di tutti i prodotti GRA-FLEX è di 1 g/cm³. E' possibile richiedere densità diverse, tra 0,7 e 1,5 g/cm³ tenendo presente che a densità più alta corrisponde più bassa permeabilità ai gas e più alta resistenza meccanica, ma anche una minore conformabilità.

Purezza
La purezza della grafite è valutata in base al contenuto di carbonio, o viceversa, in base al contenuto di ceneri, che rappresentano il residuo dopo aver bruciato la grafite in aria. Le ceneri contengono principalmente elementi inoffensivi, come silicone e alluminio, ma anche contaminanti, solitamente i residui della ganga minerale della grafite naturale, quali quarzo, silicati o mica: questi disturbano la struttura laminare ordinata della grafite, producendo canali e porosità irregolare che riducono l'efficacia di tenuta della guarnizione. Inoltre, all'aumentare del contenuto di ceneri corrisponde una diminuzione della resistenza meccanica e un aumento del rischio di corrosione. Nella grafite espansa si riscontrano di solito, infatti, tracce di zolfo, cloro e fluoro: in determinate circostanze questi elementi possono contribuire ad attivare processi di corrosione in assemblaggi metallici.