CN101177489A - 短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺 - Google Patents
短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101177489A CN101177489A CNA2007101350106A CN200710135010A CN101177489A CN 101177489 A CN101177489 A CN 101177489A CN A2007101350106 A CNA2007101350106 A CN A2007101350106A CN 200710135010 A CN200710135010 A CN 200710135010A CN 101177489 A CN101177489 A CN 101177489A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber
- raw material
- total amount
- weight percent
- agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 238000007789 sealing Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 title abstract 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 22
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 238000003490 calendering Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 33
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 28
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 26
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 22
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 17
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 15
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 15
- 235000013599 spices Nutrition 0.000 claims description 15
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 12
- 230000003712 anti-aging effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 9
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims description 8
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical group [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims description 8
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 235000012204 lemonade/lime carbonate Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000004113 Sepiolite Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 claims description 7
- FPAFDBFIGPHWGO-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxomagnesium;hydrate Chemical compound O.[Mg]=O.[Mg]=O.[Mg]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O FPAFDBFIGPHWGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- 229920003987 resole Polymers 0.000 claims description 7
- 229910052624 sepiolite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 235000019355 sepiolite Nutrition 0.000 claims description 7
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical group [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims description 6
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 6
- AFZSMODLJJCVPP-UHFFFAOYSA-N dibenzothiazol-2-yl disulfide Chemical compound C1=CC=C2SC(SSC=3SC4=CC=CC=C4N=3)=NC2=C1 AFZSMODLJJCVPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 4
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 4
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 claims description 4
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 4
- 244000043261 Hevea brasiliensis Species 0.000 claims description 3
- 229920013649 Paracril Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 claims description 3
- 229920003052 natural elastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001194 natural rubber Polymers 0.000 claims description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KUAZQDVKQLNFPE-UHFFFAOYSA-N thiram Chemical group CN(C)C(=S)SSC(=S)N(C)C KUAZQDVKQLNFPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229960002447 thiram Drugs 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 75
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 abstract description 24
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 abstract description 24
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 10
- 238000011161 development Methods 0.000 description 10
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 7
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 6
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 6
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- OUBMGJOQLXMSNT-UHFFFAOYSA-N N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine Chemical compound C1=CC(NC(C)C)=CC=C1NC1=CC=CC=C1 OUBMGJOQLXMSNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 4
- ZUBNXRHITOZMOO-UHFFFAOYSA-N zinc;octadecanoic acid;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O ZUBNXRHITOZMOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 244000286663 Ficus elastica Species 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 238000010074 rubber mixing Methods 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 3
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 2
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 2
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000008676 import Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 2
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 2
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 2
- 235000012222 talc Nutrition 0.000 description 2
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000863032 Trieres Species 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 description 1
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000003467 diminishing effect Effects 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 1
- 229910001751 gemstone Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000012770 industrial material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- SPKMEXGEHZCKPG-UHFFFAOYSA-M sodium nitric acid hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].O[N+]([O-])=O SPKMEXGEHZCKPG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GOLXNESZZPUPJE-UHFFFAOYSA-N spiromesifen Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C)=C1C(C(O1)=O)=C(OC(=O)CC(C)(C)C)C11CCCC1 GOLXNESZZPUPJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺,尤其涉及一种短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺。本发明采用短碳纤维、玻璃短纤维的混杂纤维作为增强纤维,在碳纤维表面处理工艺研究的基础上,对耐高温NAFC材料的配方进行优化,并对材料的压延成张成形加工工艺参数进行优选,研制出1年内的长期使用温度可达到350℃,3年内的长期使用温度达到了250℃以上的新型NAFC材料,可望在较为严苛的工况条件下替代石棉橡胶板材使用。
Description
所属技术领域
本发明涉及增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺,尤其涉及短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺。
背景技术
一百多年来,石棉橡胶板(CAF)因具有良好的弹性、耐热性、抗蠕变松弛特性、耐化学腐蚀性以及较高的机械强度而成为过程工业中应用最为广泛的密封垫片材料。然而,自上世纪70年代起,大量的研究表明石棉是一种强致癌物质,其制品在生产和使用时,直径小于3μm的石棉微纤容易悬浮在空中,被人体吸入,危害极大。出于人体健康和环境保护的目的,许多发达国家都已立法禁止生产和使用含石棉纤维的制品。如,早在上世纪90年代,包括德国、法国、新加坡等多数发达国家都相继禁止生产、销售与使用一切石棉制品。欧盟的EU法令规定,从2005年1月1日起,所有欧盟国家都禁止使用石棉制品。因此,世界各国特别是工业发达国家都将开发无石棉密封材料作为密封技术领域的主要研究方向之一。
从广义上说,凡是不含石棉的密封材料均可称为非石棉密封材料,包括橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)和柔性石墨等。但橡胶耐热性差,密封压力小,应用范围窄;PTFE蠕变大、回弹性差、成本高并有冷流倾向;柔性石墨强度低、回弹小、对介质有一定污染,均难以在广泛的范围内替代CAF材料。而上世纪80年代发展起来的非石棉纤维增强橡胶基密封复合材料(NAFC)却具有很多优点:(1)生产过程简单,工艺较成熟;(2)产品具有较好的可设计性,品种多,性能好,可以在广泛的范围内满足使用要求;(3)原材料来源广泛,成本低,性能价格比高等。因此,世界各工业发达国家都把发展非石棉密封材料的重点放在NAFC材料的研制与开发上。
进入20世纪90年代后,工业发达国家出于环境保护的目的,对密封材料提出了更加严格的要求,包括颁布“空气净化法”(Clean Air Act)法规、要求“零逸出”(Zero Emission)等,从而进一步推动了无石棉密封材料特别是NAFC材料的研制、开发及其性能研究,使之成为了密封材料领域二十年来最活跃、最突出的创新技术和研究热点之一。为此,国际上一些著名密封板材生产企业,如美国的Garlock公司,奥地利的Klinger公司,英国的Flextallic公司,德国的Kempchen公司,日本的Valqua、Pillar等公司,相继投入大量的人力、物力,研究开发了多种非石棉纤维增强的NAFC材料板材,并与一些相关的国际组织及研究机构(如美国压力容器研究委员会PVRC、美国化学工业材料技术学会MTI以及加拿大ECOLE工业技术大学、德国MPA、法国CETIM等)合作,对这些新材料进行了大量的试验和应用研究,并获得了大量研究成果,从而为正确评定和推广应用这些新型材料奠定了一定的理论和实践基础。
在我国,自八十年代以来,随着对外加工出口产品量的增大,国外及国内一些用户,对含石棉纤维制品和使用石棉纤维制品(包含石棉橡胶密封板材)的设备进行了限制,并以船舶业和制冷业最为突出,因而对NAFC材料的年需要量逐渐上升。而国内因为耐高温合成纤维品种相对单一、产量低、成本相对较高,加之进口纤维价格昂贵,NAFC材料的开发起步艰难。为了跟上国际密封材料发展的新趋势,适应市场竞争的巨大挑战,国内部分单位进行了一些探索性研究工作。华东理工大学、南京工业大学、西安交大等高校及其他一些科研院所相继开展了对非石棉密封材料的开发及性能研究,积累了一定数据,取得了部分成果。1992年,华东理工大学化机所率先用芳砜纶作为代石棉纤维研制了我国第一代NAFC材料,但其基本性能与低压石棉橡胶板材XB200相当。此后,谢苏江等采用改进的压缩石棉工艺及芳纶浆粕增强研制出的NAFC材料,其性能与国外同类产品相比,仍存在一定的差距,且价格上没有优势。1998年,西安交大主要采用芳纶代替石棉纤维研制NAFC材料,不过也同样存在性价比较低的问题。2001年~2004年,南京工业大学流体密封与测控技术研究室采用模压法先后研制出芳纶、芳纶/预氧化丝增强NAFC材料,取得了一定的突破,所开发的芳纶/预氧化丝混杂增强NAFC材料的短期最高使用温度达到了250℃;2005~2006年,该研究室对NAFC板材改进的压延成张工艺进行了试验研究,开发了芳纶浆粕-短玻纤增强NAFC材料,并依据材料的热失重率预测其1年内的长期使用温度达到了300℃,虽符合一般的工程实践需求,但仍然不能完全满足石化行业在高温下(200℃以上)对非金属垫片寿命达到3年以上的要求。对于碳纤维增强NAFC材料的研制,国内鲜见报道,而仅见的由北京航空航天大学开发的碳纤维增强NAFC材料,其强度和耐温性均不够理想。因而国内在耐高温、高性价比NAFC材料的研究方面与国外差距甚大。
非石棉垫片常用增强纤维大体上可分为有机纤维和无机纤维两大类。其中有机纤维包括芳纶(Polyaromatic Amide)纤维、芳砜纶(Polysulfonamide)纤维、碳纤维和纤维素纤维等;无机纤维则包括玻璃纤维、陶瓷纤维等。常用的代石棉纤维中,矿渣棉具有较好的拉伸强度、耐油、耐溶剂性,但是其使用温度不高;玻璃纤维具有较高的拉伸强度和弹性模量,耐热性(软化温度在550~850℃)、耐溶剂性、耐化学腐蚀性和尺寸稳定性都很突出,且价格较低,但其脆性较大,加工性能以及与橡胶的粘着性较差;芳纶纤维具有很高的强度,无脆性,耐几乎各种化学溶剂及药品,但价格较高,长期使用温度不超过200℃,;碳纤维具有极好的耐高温性能(碳纤维在非氧化性介质中1000℃时尚可保持稳定)和尺寸稳定性,比强度大、模量高,并具有最优良的耐化学腐蚀,耐有机溶剂和自润滑性,是一种优良的耐高温NAFC材料增强纤维。
目前,从非石棉垫片的发展来看已经由有机纤维系列向无机纤维、单一纤维向混杂纤维系列发展,从单品种向多品种、多规格发展,从高成本向低成本发展。利用纤维的混杂效应,综合纤维的各自特点,用两种或两种以上纤维组成的混杂纤维一方面提高了材料的耐热性能,另一方面增加了材料的强度,降低了材料的成本。
发明内容
本发明的目的是为了克服当前国内已开发的短纤维增强橡胶基NAFC材料在耐高温、长寿命方面的不足而提出了一种短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料,本发明的另一目的是提供上述复合材料的制备方法。
本发明的技术方案为:本发明充分利用了碳纤维、玻璃纤维的耐高温性能以及碳纤维的高强度性能,采用短碳纤维、玻璃短纤维的混杂纤维作为增强纤维,在碳纤维表面处理工艺研究的基础上,对耐高温NAFC材料的配方进行优化,并对材料的压延成张成形加工工艺参数进行优选,研制出1年内的长期使用温度可达到350℃,3年内的长期使用温度达到了250℃以上的新型NAFC材料,可望在较为严苛的工况条件下替代石棉橡胶板材使用。
本发明的具体技术方案为:一种短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料,其特征在于其原料包括:①粘结剂,②增强纤维,③增容纤维,④填料,⑤助剂,⑥补强树脂,⑦补强填料,各成分占原料总量的重量百分比分别为:粘结剂13~18%,增强纤维15%~37%,增容纤维30~50%,填料10~20%,助剂1.05%~3%,补强树脂2~4%,补强填料3~10%。
其中所述的增强纤维为玻璃纤维和碳纤维的混杂纤维,增强纤维中碳纤维占原料总量的重量百分比为5%~12%,玻璃纤维占原料总量的重量百分比为10%~25%。所述的增容纤维为海泡石纤维或矿渣棉纤维;所述的粘结剂为丁腈橡胶、天然橡胶或两者的混合物;所述的助剂为促进剂、活性剂、硫化剂和防老剂;所述的填料由碳酸钙、滑石粉、高岭土三者中的至少一种和碳黑或白碳黑混合而成;所述的补强树脂为酚醛树脂和六亚甲基四胺的混合物;所述的补强填料为粒径0.5~1μm的超细石墨粉。
上述助剂中促进剂占原料总量的重量百分比0.15~0.4%、活性剂占原料总量的重量百分比0.3~0.8%,硫化剂占原料总量的重量百分比0.2~1.0%、防老剂占原料总量的重量百分比0.4~0.8%;补强树脂中酚醛树脂占原料总量的重量百分比1.9~3.6%,六亚甲基四胺占原料总量的重量百分比0.1~0.4%;所述的填料中碳黑或白碳黑占原料总量的重量百分比1~3%,碳酸钙、滑石粉、高岭土三者中的至少一种占原料总量的重量百分比9~17%。
所述的促进剂为二硫化四甲基秋兰姆或二硫化二苯并噻唑;所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,氧化锌占原料总量的重量百分比0.1~0.2%,硬脂酸占原料总量的重量百分比0.2~0.6%;所述硫化剂为硫磺;所述防老剂为N-苯基-N’-异丙基对苯二胺。
本发明的另一技术方案还提供上述复合材料的制备工艺,其制备步骤如下:
1) 将粘结剂在开炼机中进行塑炼;按上述各原料的配比依次放入促进剂→防老剂→活性剂→硫化剂进行混炼,将混炼后的胶片拉成小片,再加入溶剂将其溶解成胶浆,并在其中加入补强树脂;
2)将经过预处理的增强纤维和增容纤维在开松机中一起混和开松;
3)将胶浆、填料、补强填料在拌料机中按上述原料配比预先混和均匀,而后将开松后的混杂纤维分批投入拌料机中(如图2),以高速拌料;
4)将上述拌料在压延成张设备上分层压延成型后,在平板硫化机上硫化制得成品。
其中对增强纤维的预处理为用重量百分浓度为1~3%的硅烷偶联剂KH-550水溶液浸渍处理玻璃纤维,在100~120℃下烘干固化10~30min,然后再采用重量百分浓度为2~5%的环氧树脂甲苯溶液浸渍涂层,并在130~160℃下烘干固化10~30min;碳纤维先在450~650℃下空气氧化1~2小时,再用重量百分浓度为2~5%的环氧树脂甲苯溶液浸渍涂层,并在130~160℃下烘干固化10~30min。增强纤维和增容纤维在开松机中一起混和开松时,玻璃纤维和海泡石纤维开松10~25min;再加入碳纤维开松2~10min。
优选粘结剂塑炼时间10~15min,塑炼温度在20~70℃,加入活性剂,塑炼辊距由大逐渐变小(自2~3mm变化至0.5~1.5mm);粘结剂混炼时间10~20min,混炼温度为20~70℃,溶胶时溶液与粘结剂的质量比为2.0∶1~4.0∶1;溶胶时间为20~30min。
优选步骤3)混料时,胶浆与填料预混5~15min;加入开松纤维先高速混料5~20min,切断刀转速为2000~3000r/min,搅拌桨转速为150~350r/min;再低速混料6~15min,切断刀转速为1000~1500r/min,搅拌桨转速为50~200r/min。
优选步骤4)压延时辊筒线速比为1.05~1.2;辊速为10~25m/min;硫化时硫化温度135~170℃;硫化压力15~25MPa;硫化时间15~45min。
有益效果
(1)由于国内外对非石棉密封板材的高温性能试验数据鲜有报道,故本发明课题组对研制的NAFC材料与本课题组研制的芳纶-预氧化丝混杂纤维增强NAFC材料、XB350型CAF材料和其它两种同类型进口NAFC材料的相关技术指标进行比较,如表4所示。
表4材料性能对照表
性能 | 本发明的NAFC材料 | 芳纶/预氧化丝NAFC材料 | CSA-90(BELPA公司,西班牙) | 石棉橡胶板XB350 | HTC9850(Garlock公司,美国) | 非石棉纤维橡胶垫片标准 | |
横向抗拉强度/MPa压缩率/%回弹率/%300℃应力松弛率/%泄漏率L/cm3.s-1密度/g.cm-3柔软性最高使用温度/℃ | 10.311.2750.2531.33.56×10-41.79无裂纹403 | 11.912.3149.8849.022.04×10-41.84无裂纹324 | 137~15≥4561.25*5.03×10-3*1.6不允许有纵横向裂纹340 | 127~17≥40≤50≤8.0×10-21.6~2.0无裂纹350 | 127~175529≤8.0×10-21.68无裂纹480 | ≥7.07~17≥45≤35≤1.0×10-31.7±0.2不允许有纵横向裂纹- | |
耐油性浓硝酸氢氧化钠 | 厚度增加率/%重量增加率/%厚度增加率/%重量增加率/%厚度增加率/%重量增加率/% | 4 42.91.421.990.70.45 | 10.95.12.842.164.969.23 | 13 510.82.22*2.35*5.7*5.98* | 5~158~15---- | 5~158~15---- | ≤15≤15---- |
热失重率/% | 9(48h、350℃) | 19.1(48h、350℃) | 20.2*(48h、350℃) | ≤30 | - | - |
注:表中带*号的数据为试验实测值。
可见,本文开发的耐高温NAFC板材性能达到了国家标准GB/T9129-2003《管法兰用非金属平垫片技术条件》规定的非石棉纤维橡胶垫片性能指标,包括耐温性能、介质适应性等在内的大部分性能指标均超过了以芳纶为主要增强体的NAFC材料(包括BELPA公司CSA-90)和XB350型CAF材料。另外,虽然本发明在密封性能、介质适应性等方面优于国外同类型材料(Garlock公司HTC9850),但在常温强度、短时耐温性能方面距其还有一些差距。
依据不同使用温度下短碳纤/玻纤混杂增强NAFC材料的热失重率随时间的变化规律,可预测该种材料的长期耐高温性能,表5所示为材料满足使用寿命为1年、3年或5年时相应的使用温度范围。
表5不同寿命下碳纤/玻纤混杂增强NAFC材料的使用温度预测
使用时间,t | 1年(8760h) | 3年(26280h) | 5年(43800h) |
材料的允许使用温度/℃ | 330~403 | 257~298 | 234~266 |
可见,本发明制备的碳纤/玻纤混杂增强NAFC材料具有较高的机械强度、优良的压缩回弹性能、耐介质性能和较低的高温应力松弛率,其指标已达到了有关国家标准的要求,部分性能指标达到或超过了国外同类产品的性能。并且在长期耐高温性能方面表现较为优良。
(2)由于玻璃纤维的价格大大低于芳纶纤维的价格,故本发明制备得到的NAFC板材,其价格远低于国外同类板材的价格,国外同类型板材价格普遍高于200元/千克,而本发明制备的板材价格低于70元/千克。由于国内目前无耐高温NAFC板材生产能力,故该价格在国内无可比性。
附图说明
图1为NAFC板材的压延成张制备工艺流程图。
图2为拌料机结构示意图;其中1-切断刀,2-搅拌浆。
图3为压延机结构示意图;其中3-非石棉板材,4-料团。
具体实施方式
混杂纤维增强NAFC材料可通过模压法或压延成张法进行制备。其中模压法多用于实验室制备或小批量生产,而压延成张法为工业化生产方法。压延成张法的工艺路线在第五点中已经说明,其主要的生产设备为开放式炼胶机、拌料机、压延成张机和液压平板硫化机。在工业化生产中可部分借用目前国内石棉制品厂广泛采用的开放式炼胶机、压缩石棉橡胶板压延成张机和液压平板硫化机等主要设备,另还需根据材料特性设计和制造专用的拌料机,该种拌料机已在国外的NAFC生产厂家得到了应用,国内目前也已有了相应的实验设备。
以下为碳纤/玻纤混杂增强NAFC材料的压延成张法生产的实施例。
主要原料-览表
原料 | 规格 | 生产厂家 |
丁腈橡胶(NBR-26)沥青基碳纤维E玻璃纤维海泡石纤维(A级)碳酸钙高岭土滑石粉白碳黑硫磺促进剂TT促进剂DM防老剂4010NA | 工业品工业品工业品工业品分析纯化学纯医药用工业品化学纯工业品工业品工业品 | 南京橡胶厂鞍山塞诺达碳纤维有限公司江苏九鼎新材料股份有限公司河北定兴县福利石棉厂广东汕头市西陇化工厂上海陆都化学试剂厂广西桂林市航天药用滑石有限公司济南市华幸化工集团广东西陇化工厂南京橡胶厂南京橡胶厂濮阳市蔚林化工有限公司 |
氧化锌硬脂酸对叔丁基酚醛树脂六亚甲基四胺 | 分析纯化学纯工业品化学纯 | 中国医药上海化学试剂公司上海凌峰化学试剂有限公司海盐华强树脂有限公司国药集团化学试剂有限公司 |
主要设备-览表
名称 | 型号 | 生产厂家 | 特点 |
开放式炼胶机液压平板硫化机多功能拌料机压延成张机 | XK160-320QLB-- | 江苏省江阴市卧龙橡塑机械厂江苏省无锡市锡伟橡塑机械厂南京工业大学(自制)南京工业大学(自制) | 辊速比为1∶1.22生产能力为1~2Kg最大工作压力为16MPa最高工作温度为200℃搅拌浆和切断浆转速无级可调辊筒转速、温度可调 |
主要测试仪器-览表
名称 | 型号 | 生产厂家 |
微控电子万能试验机空气热氧老化试验箱电热鼓风干燥箱温度控制台分析天平应力松弛试验装置密封试验控制台 | MZ-2000B401B101ATDWTG328B-- | 江苏省江都市明珠试验机厂上海实验仪器厂有限公司上海市实验仪器总厂上海浦东跃欣科学仪器厂上海天平仪器厂南京工业大学南京工业大学 |
实施例1
NAFC材料组成配比1(如下表):
组成 | 百分含量/(wt)% | 组成 | 百分含量/(wt)% | |
NBR-26碳纤维玻璃纤维海泡石硫磺 | 1681242.80.3 | 填料 | 碳酸钙高岭土白碳黑滑石粉超细石墨 | 5.82.92.11.55 |
促进剂TT促进剂DM硬脂酸氧化锌 | 0.10.20.150.4 | 防老剂(4010NA)酚醛树脂六亚甲基四胺 | 0.520.25 |
主要制备工艺参数:
拌料时间:20min
切断刀转速:3000r/min至1200r/min
搅拌桨转速:300r/min至90r/min
硫化温度:160℃
硫化压力:16MPa
硫化时间:20min
粘结剂混炼时间15min,混炼温度为50℃
溶液与粘结剂的质量比为3∶1
压延时辊筒线速比为1.1,辊速为17m/min
制成品板材的横向抗拉强度:10.1MPa
实施例2
NAFC材料组成配比2(如下表):
组成 | 百分含量/(wt)% | 组成 | 百分含量/(wt)% | |
NBR-26天然橡胶碳纤维玻璃纤维海泡石硫磺 | 108121035.90.4 | 填料 | 碳酸钙高岭土白碳黑滑石粉石墨 | 5.82.92.52.06.0 |
促进剂TT促进剂DM硬脂酸氧化锌 | 0.150.250.20.5 | 防老剂(4010NA)酚醛树脂六亚甲基四胺 | 0.62.50.3 |
主要制备工艺参数:
拌料时间:15min
切断刀转速:3000r/min至1200r/min
搅拌桨转速:300r/min至90r/min
硫化温度:160℃
硫化压力:16Mpa
硫化时间:20min
粘结剂混炼时间20min,混炼温度为30℃
溶液与粘结剂的质量比为2∶1
压延时辊筒线速比为1.2,辊速为24m/min
制成品板材的横向抗拉强度:7.6MPa
实施例3
NAFC材料组成配比3(如下表):
组成 | 百分含量/(wt)% | 组成 | 百分含量/(wt)% | |
NBR-26碳纤维玻璃纤维海泡石硫磺 | 1351548.80.2 | 填料 | 碳酸钙高岭土白碳黑滑石粉石墨 | 5.52.51.81.24.0 |
促进剂TT促进剂DM硬脂酸氧化锌 | 0.10.10.10.3 | 防老剂(4010NA)酚醛树脂六亚甲基四胺 | 0.41.80.2 |
主要制备工艺参数:
拌料时间:15min
切断刀转速:3000r/min至1500r/min
搅拌桨转速:200r/min至100r/min
硫化温度:145℃
硫化压力:16MPa
硫化时间:30min
粘结剂混炼时间12min,混炼温度为60℃
溶液与粘结剂的质量比为4∶1
压延时辊筒线速比为1.05,辊速为12m/min
制成品板材的横向抗拉强度:8.20MPa
Claims (10)
1.一种短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料,其特征在于其原料各组份及各组份占原料总量的重量百分比分别为:粘结剂13~18%,增强纤维15%~37%,增容纤维30~50%,填料10~20%,助剂1.05%~3%,补强树脂2~4%,补强填料3~10%。
2.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于所述的增强纤维为玻璃纤维和碳纤维的混杂纤维,增强纤维中碳纤维占原料总量的重量百分比为5%~12%,玻璃纤维占原料总量的重量百分比为10%~25%。
3.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于所述的增容纤维为海泡石纤维或矿渣棉纤维;所述的粘结剂为丁腈橡胶、天然橡胶或两者的混合物;所述的助剂为促进剂、活性剂、硫化剂和防老剂;所述的填料由碳酸钙、滑石粉、高岭土三者中的至少一种和碳黑或白碳黑混合而成;所述的补强树脂为酚醛树脂和六亚甲基四胺的混合物;所述的补强填料为粒径0.5~1μm的超细石墨粉。
4.根据权利要求3所述的复合材料,其特征在于助剂中促进剂占原料总量的重量百分比0.15~0.4%,活性剂占原料总量的重量百分比0.3~0.8%,硫化剂占原料总量的重量百分比0.2~1.0%,防老剂占原料总量的重量百分比0.4~0.8%;补强树脂中酚醛树脂占原料总量的重量百分比1.9~3.6%,六亚甲基四胺占原料总量的重量百分比0.1~0.4%;所述的填料中碳黑或白碳黑占原料总量的重量百分比1~3%,碳酸钙、滑石粉、高岭土三者中的至少一种占原料总量的重量百分比9~17%。
5.根据权利要求3所述的复合材料,其特征在于所述的促进剂为二硫化四甲基秋兰姆或二硫化二苯并噻唑;所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸,氧化锌占原料总量的重量百分比0.1~0.2%,硬脂酸占原料总量的重量百分比0.2~0.6%;所述硫化剂为硫磺;所述防老剂为N-苯基-N’-异丙基对苯二胺。
6.一种如权利要求1所述的复合材料的制备工艺,其制备步骤如下:
1)将粘结剂在开炼机中进行塑炼;按上述各原料的配比依次放入促进剂→防老剂→活性剂→硫化剂进行混炼,将混炼后的胶片拉成小片,再加入溶剂将其溶解成胶浆,并在其中加入补强树脂;
2)将经过预处理的增强纤维和增容纤维在开松机中一起混和开松;
3)将胶浆、填料、补强填料在拌料机中按上述原料配比预先混和均匀,而后将开松后的混杂纤维分批投入拌料机中,以高速拌料;
4)将上述拌料在压延成张设备上分层压延成型后,在平板硫化机上硫化制得成品。
7.根据权利要求6所述的制备工艺,其特征在于对增强纤维的预处理为用重量百分浓度为1~3%的硅烷偶联剂KH-550水溶液浸渍处理玻璃纤维,在100~120℃下烘干固化10~30min,然后再采用重量百分浓度为2~5%的环氧树脂甲苯溶液浸渍涂层,并在130~160℃下烘干固化10~30min;碳纤维先在450~650℃下空气氧化1~2小时,再用重量百分浓度为2~5%的环氧树脂甲苯溶液浸渍涂层,并在130~160℃下烘干固化10~30min。
8.根据权利要求6所述的制备工艺,其特征在于粘结剂混炼时间10~20min,混炼温度为20~70℃,溶胶时溶液与粘结剂的质量比为2.0∶1~4.0∶1;溶胶时间为20~30min。
9.根据权利要求6所述的制备工艺,其特征在于步骤3)混料时,胶浆与填料预混5~15min;加入开松纤维先高速混料5~20min,切断刀转速为2000~3000r/min,搅拌桨转速为150~350r/min;再低速混料6~15min,切断刀转速为1000~1500r/min,搅拌桨转速为50~200r/min。
10.根据权利要求6所述的制备工艺,其特征在于步骤4)压延时辊筒线速比为1.05~1.2;辊速为10~25m/min;硫化时硫化温度135~170℃;硫化压力15~25MPa;硫化时间15~45min。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNA2007101350106A CN101177489A (zh) | 2007-11-06 | 2007-11-06 | 短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNA2007101350106A CN101177489A (zh) | 2007-11-06 | 2007-11-06 | 短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101177489A true CN101177489A (zh) | 2008-05-14 |
Family
ID=39403926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNA2007101350106A Pending CN101177489A (zh) | 2007-11-06 | 2007-11-06 | 短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101177489A (zh) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101493144A (zh) * | 2009-02-27 | 2009-07-29 | 中国第一汽车集团公司 | 一种高压缩高回弹率平面硫化压延汽车密封垫 |
CN101973752A (zh) * | 2010-10-21 | 2011-02-16 | 厦门大学 | 玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 |
CN101358036B (zh) * | 2008-09-26 | 2011-05-11 | 天津天石带压密封有限公司 | 高分子-柔性石墨复合带压堵漏密封剂 |
CN102675700A (zh) * | 2011-03-15 | 2012-09-19 | 施中堂 | 用于动车组列车上的环保型耐油阻尼减震、阻燃衬垫材料 |
CN105579495A (zh) * | 2013-09-24 | 2016-05-11 | 纳幕尔杜邦公司 | 纤维纸浆及其在复合材料中的用途 |
CN106084730A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-11-09 | 东台市华阳玻纤有限责任公司 | 一种碳纤维包覆密封垫片及其制备方法 |
CN106750663A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-31 | 长春蓝天高新技术密封材料有限责任公司 | 一种密封材料及其制备方法 |
CN108299695A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-20 | 山东星火科学技术研究院 | 一种军用密封垫圈及其制备方法 |
CN108314810A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-24 | 山东星火科学技术研究院 | 一种军用橡胶垫圈 |
CN108516690A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-09-11 | 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 | 一种离心法玻璃纤维-橡胶复合材料及其制备方法 |
CN109735110A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-05-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种改性酚醛-有机硅树脂复合材料及其制备方法 |
-
2007
- 2007-11-06 CN CNA2007101350106A patent/CN101177489A/zh active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101358036B (zh) * | 2008-09-26 | 2011-05-11 | 天津天石带压密封有限公司 | 高分子-柔性石墨复合带压堵漏密封剂 |
CN101493144A (zh) * | 2009-02-27 | 2009-07-29 | 中国第一汽车集团公司 | 一种高压缩高回弹率平面硫化压延汽车密封垫 |
CN101973752A (zh) * | 2010-10-21 | 2011-02-16 | 厦门大学 | 玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 |
CN101973752B (zh) * | 2010-10-21 | 2013-01-23 | 厦门大学 | 玻璃纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法 |
CN102675700A (zh) * | 2011-03-15 | 2012-09-19 | 施中堂 | 用于动车组列车上的环保型耐油阻尼减震、阻燃衬垫材料 |
CN105579495B (zh) * | 2013-09-24 | 2017-11-21 | 纳幕尔杜邦公司 | 纤维纸浆及其在复合材料中的用途 |
CN105579495A (zh) * | 2013-09-24 | 2016-05-11 | 纳幕尔杜邦公司 | 纤维纸浆及其在复合材料中的用途 |
CN106084730A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-11-09 | 东台市华阳玻纤有限责任公司 | 一种碳纤维包覆密封垫片及其制备方法 |
CN106750663A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-31 | 长春蓝天高新技术密封材料有限责任公司 | 一种密封材料及其制备方法 |
CN106750663B (zh) * | 2017-01-18 | 2018-05-22 | 长春蓝天高新技术密封材料有限责任公司 | 一种密封材料及其制备方法 |
CN108299695A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-20 | 山东星火科学技术研究院 | 一种军用密封垫圈及其制备方法 |
CN108314810A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-24 | 山东星火科学技术研究院 | 一种军用橡胶垫圈 |
CN108516690A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-09-11 | 苏州宏久航空防热材料科技有限公司 | 一种离心法玻璃纤维-橡胶复合材料及其制备方法 |
CN109735110A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-05-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种改性酚醛-有机硅树脂复合材料及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101177489A (zh) | 短碳纤维-玻璃短纤维混杂增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺 | |
CN101003719A (zh) | 一种混杂纤维增强橡胶基密封复合材料及其制备工艺 | |
CN101649025B (zh) | 一种羧基丁苯胶乳的制备方法 | |
US9051207B2 (en) | Boron and fluorine-free glass fiber composites | |
CN107337825B (zh) | 一种减震橡胶的制备方法 | |
CN104403238A (zh) | 一种耐低温改性氟橡胶混炼胶及制备方法 | |
CN114957818B (zh) | 一种丁腈橡胶-酚醛树脂复合材料及其制备方法和应用 | |
CN111393800A (zh) | 适用于拉挤成型工艺环氧树脂及其碳纤复合材料 | |
Ali et al. | Date Palm Fiber‐Reinforced Recycled Polymer Composites: Synthesis and Characterization | |
CN102093699A (zh) | 无机颗粒填料改性的聚氨酯耐磨耐水性密封材料及其制备方法 | |
CN101649026B (zh) | 一种高腈基含量丁腈胶乳的制备方法 | |
CN107118556A (zh) | 一种pps复合材料及其制备方法 | |
CN107236188A (zh) | 一种改性废胶粉与pp共混材料及其制备方法 | |
CN107163563B (zh) | 一种用于齿轮的复合机械材料及制备方法 | |
CN107987430A (zh) | 一种耐油耐高温的改性聚氯乙烯复合材料及其制备方法 | |
CN107725910A (zh) | 一种基于石墨烯的耐高温无机纤维管道及其制备方法 | |
CN103172268A (zh) | 一种低硼低软化点e玻璃纤维、制备方法以及应用 | |
CN100572652C (zh) | 新型替代石棉用复合型纤维 | |
CN107151362A (zh) | 环保阻燃抗静电超高分子量聚乙烯管道的制备方法 | |
CN1631954A (zh) | 一种非石棉混杂纤维增强橡胶基密封复合材料及其制作工艺 | |
CN108314810A (zh) | 一种军用橡胶垫圈 | |
Liang et al. | Development of modified polyacrylonitrile fibers for improving tribological performance characteristics of thermoplastic polyurethane material in water‐lubricated sliding bearings | |
CN112724563A (zh) | 一种密封垫片及其制备方法 | |
CN101580604A (zh) | 复合纳米改性填料及其制备方法 | |
CN104004306A (zh) | 一种高耐磨塑料电磁阀阀芯 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080514 |