CN100572652C - 新型替代石棉用复合型纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一类替代石棉用复合型纤维，包含增强短切纤维和助加工浆粕状纤维，其中浆粕状纤维均匀地包覆在短切纤维的表面。所述的增强短切纤维至少包含有以下纤维的一种：聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、芳酰胺纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、玻璃纤维等；所述的浆粕状纤维至少包含有以下浆粕的一种：聚丙烯腈浆粕、芳酰胺浆粕、聚酯浆粕、纤维素浆粕等。这种复合型纤维取代石棉用于摩擦材料、密封材料、水泥混凝土制品等复合材料中，增强短切纤维提供基体机械强度，助加工浆粕状纤维抓捕各种细微粒子，抑制组分流失，而且包覆在短切纤维的表面，避免了在混料过程中短切纤维之间易相互缠结，出现纤维起球的现象，具有优异的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及一类替代石棉用复合型纤维，包含增强短切纤维和助加工浆粕状纤维，其中浆粕状纤维均匀地包覆在短切纤维的表面。
背景技术
众所周知，石棉纤维是兼有阻燃、增强、触变、助加工等优异的综合性能的无机纤维，被广泛用于摩擦材料、密封材料、水泥混凝土制品等多种领域，但石棉制品无论在生产或是使用过程中均会给人体健康造成严重危害，世界各国都在致力于寻求合适的非石棉纤维以替代石棉纤维。
目前取代石棉纤维用于摩擦、密封材料、水泥混凝土制品等复合材料中的主要有美国杜邦、日本帝人公司率先开发的对位芳酰胺浆粕、美国Sterling公司领先开发的聚丙烯腈浆粕以及纤维素浆粕等浆粕状纤维，都具有高度原纤化的结构，取代石棉纤维用于复合材料中，具有较强的捕获细微粒子、截留组分的能力，特别是对位芳酰胺浆粕、聚丙烯腈浆粕等合成纤维浆粕比纤维素浆粕具有更好的环境适应性和稳定性，但浆粕状纤维不能提供基体足够的强度。
除了上述浆粕状纤维外，还用于取代石棉纤维的有短切碳纤维、芳酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维等，它们能提供基体一定的机械强度，但表面光滑的短切纤维不能捕获细微粒子、不易控制组分流失，且与基体间的粘合力差，在使用过程中易出现“拔出”现象。
CN87100349公开了一种采用聚乙烯醇纤维作为主要增强材料、纤维素纤维和无机纤维作为辅助纤维制备了维尼纶纤维水泥制品。该发明中，增强纤维和辅助纤维依次加入成形体系，纤维很难均匀地分散于水泥基体中。
JP10007811、JP9241063公开了由聚乙烯醇和聚丙烯腈聚合物共混纺丝得到海岛结构纤维用于增强橡胶制品和水泥混凝土制品，在复合材料加工成形过程中，海岛结构纤维表面在强剪切力的作用下发生原纤化，而具有一定的捕获粒子的作用，同时纤维还可保持有一定的强度，但海岛结构纤维纺丝工艺复杂，而且仅借助于成形加工过程中的剪切作用使纤维表明原纤化，其原纤化程度难以满足捕获复合材料配方中细微粒子的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一类替代石棉用复合型纤维，包含增强短切纤维和助加工浆粕状纤维，其中浆粕状纤维均匀地包覆在短切纤维的表面。
本发明的技术方案是：将聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、芳酰胺纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、玻璃纤维中的一种或几种，切割成3～10mm长的短切纤维，与加拿大标准游离度为125～600ml的聚丙烯腈浆粕、芳酰胺浆粕、聚酯浆粕、纤维素浆粕中的一种或几种混合分散于水中，形成0.1～10wt％的悬浮液，采用15-45s-1的高剪切速率对其强制分散混合，使高度原纤化的浆粕状纤维均匀地包覆于短切纤维的表面。
本发明具有以下优点：
本发明公开了一类替代石棉用复合型纤维，包含增强短切纤维和助加工浆粕状纤维，其中浆粕状纤维均匀地包覆在短切纤维的表面。这种复合纤维取代石棉用于摩擦材料、密封材料、水泥混凝土制品等复合材料中，易分散于基体材料中，其中，增强短切纤维提供基体机械强度，助加工浆粕状纤维抓捕各种细微粒子，抑制组分流失，而且包覆在短切纤维的表面，避免了在混料过程中短切纤维之间易相互缠结，出现纤维起球的现象，具有较高的性价比。
具体实施方式
一类替代石棉用复合型纤维，包含增强短切纤维和助加工浆粕状纤维，其中浆粕状纤维均匀地包覆在短切纤维的表面。
所述的增强短切纤维，根据复合材料耐热性及强度等要求，选择聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、芳酰胺纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、玻璃纤维等纤维中的一种或几种。
所述的浆粕状纤维，根据复合材料耐热性及加工性能等要求，选择聚丙烯腈浆粕、芳酰胺浆粕、聚酯浆粕、纤维素浆粕等浆粕状纤维中的一种或几种。
所述的增强短切纤维纤度为0.6～15dtex，长度为3～10mm，断裂强度为0.3～3GPa，拉伸模量为5～500GPa。
所述的浆粕状纤维长度为0.8～3mm，加拿大标准游离度为125～600ml。
所述的复合型纤维中增强短切纤维和助加工浆粕状纤维的混合比例为10∶90～90∶10。
所述的复合型纤维，按上述比例混合的增强短切纤维和助加工浆粕状纤维分散于水中，形成0.1～10wt％的悬浮液。
所述的复合型纤维，是将上述的悬浮液采用15～45s-1的高剪切速率对其强制分散混合，使高度原纤化的浆粕状纤维均匀地包覆于短切纤维的表面。
所述的复合型纤维用于摩擦材料、密封材料、水泥混凝土制品等复合材料中，所述的短切纤维提供基体机械强度，所述的浆粕状纤维具有抓捕各种细微粒子，抑制组分流失的作用，包覆在短切纤维的表面，也避免了在混料过程中短切纤维之间易相互缠结的现象。
实例1
称取50kg长度为5mm，纤度为3d的聚丙烯腈短切纤维和50kg长度分布为2.0±0.4mm，加拿大标准游离度为225±25ml的聚丙烯腈浆粕混合分散于4t水中形成悬浮液，采用34s-1的高剪切速率对悬浮液进行强制分散混合后，经离心脱水干燥得到聚丙烯腈浆粕状纤维均匀地包覆于聚丙烯腈短切纤维表面的复合型纤维A。
实例2
称取50kg长度为4mm，纤度为1.5d的聚丙烯腈短切纤维和50kg长度分布为2.0±0.4mm，加拿大标准游离度为225±25ml的聚丙烯腈浆粕混合分散于4t水中形成悬浮液，采用34s-1的高剪切速率对悬浮液进行强制分散混合后，经离心脱水干燥得到聚丙烯腈浆粕状纤维均匀地包覆于聚丙烯腈短切纤维表面的复合型纤维B。
实例3
称取75kg长度为6mm，纤度为1.5d的聚乙烯醇聚丙烯腈短切纤维和25kg长度分布为2.0±0.4mm，加拿大标准游离度为225±25ml的聚丙烯腈浆粕混合分散于4t水中形成悬浮液，采用34s-1的高剪切速率对悬浮液进行强制分散混合后，经离心脱水干燥得到聚丙烯腈浆粕状纤维均匀地包覆于聚乙烯醇短切纤维表面的复合型纤维C。
实例4
按下列摩擦材料的配方：复合纤维A 10％，改性酚醛树脂25％，铁矿粉25％，碳酸钙15％，硫酸钡20％，炭黑5％，采用干法工艺成型，流程为：配料→混合→热压→热处理→样品，其中，模压温度为155±5℃，压力为20Mpa，时间为10min；热处理条件为：180℃保温8h。按GB11834-89对25mm×25mm×5mm的样品在定速式摩擦试验机上进行测试，结果如表1所示。
表1复合型纤维A增强摩擦材料的摩擦性能测试结果
实例5
下列橡胶密封板的配方：生胶25份(丁腈橡胶20份、天然橡胶5份)、复合纤维B15份、白炭黑20份、硅灰石20份、碳酸钙10份、陶土5份、硫磺0.2份、氧化锌1.5份、硬脂酸0.15份、二硫化四甲基秋兰姆0.1份、噻唑次磺酰胺0.15份、苯基萘胺0.4％、邻苯二甲酸二丁酯：0.8份、氧化铁红1.7份；按以下工艺流程制取无石棉橡胶密封板，其中硫化温度为：135℃，硫化压力为：3Mpa，硫化时间为：10min。制得的无石棉密封橡胶板表面光滑、回弹性好，其性能测试结果如表2所示。
表2复合型纤维B增强无石棉密封板的性能
实例6
抄取法制备轻质纤维水泥板的配方：水泥60％、复合型纤维C 10％、粉状珍珠岩27％、云母3％。复合纤维C中的浆粕状纤维具有很好的捕获水泥粒子的作用，有效地减低了水泥粒子的流失，而6mm长的聚乙烯醇纤维可提高湿坯拉力，减少回料量。抄造工艺流程为：打浆→抄取→切边→加压排水密实→蒸养→脱模入库养护，抄坯水分45％，成型压力10MPa。得到的纤维水泥板比重为：1.09g/cm3、抗折强度11.5Mpa、冲击强度3.5KJ/m2。
Claims (3)
1、新型替代石棉用复合型纤维，其特征在于，该复合型纤维包含增强短切纤维和助加工浆粕状纤维，其中浆粕状纤维均匀地包覆在短切纤维的表面；所述增强短切纤维的纤度为0.6-15dtex，长度为3-10mm，断裂强度为0.3-3GPa，拉伸模量5-500GPa；所述浆粕状纤维长度为0.8-3mm，加拿大标准游离度为125-600ml；所述增强短切纤维和助加工浆粕状纤维的混合比例10∶90-90∶10；
采用如下方法制备而成：增强短切纤维和助加工浆粕状纤维分散于水中，形成0.1-10wt％的悬浮液；所述的悬浮液采用15-45s-1的高剪切速率对其强制分散混合，使助加工浆粕状纤维均匀地包覆于短切增强纤维的表面。
2、根据权利要求1所述的新型替代石棉用复合型纤维，其特征在于，所述增强短切纤维为聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维，芳酰胺纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、玻璃纤维中的一种。
3、根据权利要求1所述的新型替代石棉用复合型纤维，其特征在于，所述助加工浆粕状纤维为聚丙烯腈浆粕、芳酰胺浆粕、聚酯浆粕、纤维素浆粕中的一种。
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