CN101412901A

CN101412901A - 密封材料用无石棉复合增强纤维及其生产工艺

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Publication number: CN101412901A
Application number: CNA2008102355972A
Authority: CN
Inventors: 韩德忠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2009-04-22

Abstract

本发明提供一种新型低成本的密封材料用无石棉复合增强纤维及其生产工艺，该纤维环保、可降解无污染，可增加密封材料的抗冲击和抗拉伸强度。该工艺方法简单，生产成本低廉，适于密封材料的批量生产。该密封材料用无石棉复合增强纤维由以下重量份的原料组成：矿岩棉或粒状棉50～90份，木质纤维15～30份，偶联剂2－5份，相容剂3－5份。其制备的工艺过程为：首先取上述重量份原料，先将矿岩棉或粒状棉进行切割，再通过离心机水洗除渣得主纤维，并控制渣球含量在0.5％－1％，加入木质纤维进行高速混合，混合后进行烘干，烘干的过程中喷入偶联剂和相容剂，烘干温度105－150℃，烘干时间1－2小时，即得复合增强纤维。

Description

密封材料用无石棉复合增强纤维及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种无石棉复合纤维，具体为一种低成本的密封材料用无石棉复合增强纤维及其生产工艺.

背景技术

增强纤维是密封材料的重要组分，是主要承载单元，起骨架作用，使材料具有一定的强度和韧性，可经受冲击、剪切、拉伸等机械作用而不出现裂纹、断裂、崩缺等机械损伤，对密封材料的使用寿命有着重要影响。增强纤维应满足如下性能要求：足够的强度和模量以及较好的韧性；在一定的温度范围内具有较高的抗拉强度和抗冲击强度；较高的热分解温度，在一定温度范围内不发生热分解、脱水、相变等以及较高的高温分解残碳率；分散性好，基体较好的相容性，可增强密封件的抗冲击强度和抗衰老性，延长密封材料使用寿命；该原材料量广、价廉、无毒性、不污染环境。石棉作为密封材料的增强纤维有一定的历史，如今石棉代用纤维虽有不少，但仍有一些问题需解决：易结团、抗拉伸强度弱、分散性差、混合性不好、价格偏高等。为保持社会的可持续发展，研制新型低成本可适用于密封材料的大生产，可降解无石棉密封材料的复合增强纤维迫在眉睫。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种新型低成本的密封材料用无石棉复合增强纤维，该纤维环保、可降解无污染，添加后能增强密封材料的抗冲击和抗拉伸强度。

本发明的另一目的是提供上述无石棉复合增强纤维的生产工艺，该工艺方法简单，生产成本低廉，适于密封材料的生产。

本发明的技术方案如下：

密封材料用无石棉复合增强纤维，其特征在于它由以下重量份的原料组成：

矿岩棉或粒状棉50～90份，木质纤维15～30份，偶联剂2-5份，相容剂3-5份。

偶联剂选用硅炳偶联剂或硅烷偶联剂，相容剂选用丁腈胶粉。

矿岩棉或粒状棉主要由以下重量份原料经高温熔炉抽丝生成，其中玄武岩18-20份，辉绿岩58-62份，石灰岩8-12份，白云岩6-12份，冶金焦碳1-3份。

无石棉复合增强纤维的生产工艺包括以下步骤：

首先取上述重量份原料，先将矿岩棉或粒状棉进行切割，再通过离心机水洗除渣得主纤维，并控制渣球含量在0.5％-1％。

主纤维中加入木质纤维在2000～2500转高速混合机中进行混合，然后在滚筒式烘干机或干燥机中进行混合烘干，并同时喷入偶联剂和相容剂，烘干温度105-150℃，烘干时间1-2小时，即得到复合增强纤维。由于木质纤维长度会较长，在混合前先要进行切割。

本发明的特色是“100％无石棉”、“抗冲击强度高”、“可降解”、“高分散性”、“高吸附性”与“低成本”，研发的无石棉可降解高性能密封材料专用增强纤维，实现“传统材料的高性能化”与“传统材料的环保化”，首次从辉绿岩、石灰岩、炭煤砖、石油焦炭等原料中研制出的一种新型纤维。在理论上有所突破，在工程应用上有所创新，并能够在短时间内迅速实现产业化并应用于生产。

本发明相比现有技术具有如下优点：

(1)本纤维为一种100％无石棉复合增强纤维新产品，可用添加到密封材料中。

从灰绿岩、玄武岩、矿渣等材料通过高温熔融、水洗除渣抽丝、有机偶联、高速切割并添加一定量的植物纤维、功能性纤维经特殊工艺精制而成复合型密封材料增强纤维，100％无石棉，该产品主材料为无机材料、环保可降解、无污染。

(2)本产品使用方法简单，便于密封件材料的大生产。

(3)本产品增强性好，曲折率高，可以增加密封材料的抗冲击强度，耐高温，适应密封材料生产的需要。

(4)由于纤维表面通过有机偶联剂处理，亲和性好，与密封材料配方中树脂、橡胶及其它组份材料联接性优良，不会伤害密封材料的配偶。

(5)本纤维通过膨化处理(喷入偶联剂或相容剂后烘干的过程即为膨化处理)，使得到的纤维比表面积大，且呈绒毛状，具有优良的吸附性能，在密封材料使用过程中具有极好的恢复性和抗衰老性，可以明显提高密封件的使用寿命。

(6)本纤维的临界形态比为(L/d)可以通过控制纤维的直径(d)和纤维的长度(L)来调节，满足客户对纤维形貌的要求。

(7)本纤维生产的工艺简单，便于操作生产，生产成本低廉，作为密封材料的主纤维，可以降低无石棉密封件的生产成本，较其它无石棉密封材料相比，具有相当有利的市场竞争力。

附图说明

图1为本发明的纤维生产工艺流程图。

图2为制备密封材料的压缩成张工艺流程图。

图3为制备密封材料的抄取成张工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

原料矿岩棉或粒状棉可以从市场上购买或制备，制备过程：

精选玄武岩200kg、辉绿岩600kg、石灰岩110kg、白云岩80kg、冶金焦碳20kg为主要材料，通过超过1000℃的高温熔炉进行纺丝并进行表面处理。经高温熔融制成的纤维，切割至长度为10～20mm，再经过离心机水洗、除渣，控制纤维渣球含量在0.5％-1％，制成主纤维。

制备过程如图1示，取制得的主纤维800kg、精选植物纤维木质纤维200kg，并将木质纤维预先切割至8～15mm，将原料在2000～2500转高速混合机混合均匀，形成混合状纤维，进入滚筒式烘干机内进行混合烘干，混合烘干的过程中喷入硅炳偶联剂30kg，丁腈胶粉50kg，烘干温度120℃，烘干时间1.5小时，即得本发明的复合增强纤维，对制得的纤维再切割至所需规格，所得纤维应需防水包装。

实施例2

所用主纤维制备方法同实施例1，取主纤维600kg、木质纤维300kg，木质纤维预先切割至8～15mm，将其在2000～2500转高速混合机混合均匀，形成混合状纤维，进入滚筒式烘干机内进行混合烘干，混合烘干的过程中喷入硅烷偶联剂20kg及丁腈胶粉30kg，烘干温度110℃，烘干时间2小时，即得本发明的复合增强纤维，对制得的纤维再切割至所需规格，所得纤维应需防水包装。

实施例3

市购的矿岩棉或粒状棉，按规格进行切割，再通过离心机水洗、除渣，控制纤维渣球含量在0.5％-1％，制得主纤维。

取制得的主纤维800kg，木质纤维250kg，木质纤维预先切割至8～15mm，将其在2000～2500转高速混合机混合均匀，形成混合状纤维，进入滚筒式干燥机内进行混合烘干，混合烘干的过程中喷入硅烷偶联剂40kg及丁腈胶粉40kg，烘干温度140℃，烘干时间1.2小时，即得本发明的复合增强纤维，对制得的纤维再切割至所需规格，所得纤维应需防水包装。

使用上述复合增强纤维的密封材料在室温至800℃工作条件下，抗冲击强度大于3.0kg/m²，抗拉强度大于15N/mm²，抗衰老性有所提高，可延长密封材料使用寿命。由于这种可降解复合增强纤维的综合密封性能优越，因此可用于密封材料的生产，应用前景广阔。

应用实例1：

压缩成张法生产的无石棉密封板与石棉密封板的配方、性能的对比和研究

无石棉密封材料的压缩成张工艺可分为五部分，即基体粘结剂、纳科夫纤维(即本发明研制的密封材料用无石棉复合增强纤维)的处理、拌料、成型和硫化。其生产工艺流程如图2所示。

通过研究表明，原料配比一定时，适宜的操作工艺是压缩成型的关键。表1综合大量的实验结果，获得了较好的压缩成型工艺参数，以此为基础研制的板材具有较好的综合性能。

表1 密封材料压缩成张的主要工艺参数

通过大量试验和研究，针对密封材料的其它技术性能要求、工艺性能特点和性能比，对各组份进行适当的调整和优化，获得了综合性能较好的生产配方，见表2。其中NBR、NR为丁腈橡胶。

表2 压缩成张工艺用密封材料的组成和配比

由上表中配比，加入纳科夫纤维的得到材料A，加入石棉纤维的得到材料B。通过同等比量该发明纤维替代石棉纤维，在同等工作条件下，对两种试验材料反复分析与试验，检测得出实验结果，详见表3、表4。其中NBR为丁腈橡胶。

表3 试验用密封材料

材料代号	主要纤维	主要粘结剂	备注
材料代号	主要纤维	主要粘结剂	备注	材料A	纳科夫纤维	NBR	压缩成张
材料B	石棉纤维	NBR	压缩成张	材料A	纳科夫纤维	NBR	压缩成张

表4 填充无石棉纳科夫纤维与填充石棉纤维的密封材料性能比较

材料代号	抗拉强度(MPa)	压缩率(％)	回弹率(％)	蠕变松弛率(％)
材料代号	抗拉强度(MPa)	压缩率(％)	回弹率(％)	蠕变松弛率(％)	材料A	16.0	10.35	58.65	28.95
材料B	10.0	7.35	62.38	24.62	材料A	16.0	10.35	58.65	28.95

应用实例1表明，采用压缩成张工艺添加本发明纤维制成的密封材料性能皆优越于石棉纤维制成的密封材料。

应用实例2：

抄取成张法生产的无石棉密封板与石棉密封板的配方、性能的对比和研究。其中纳科夫纤维(即本发明研制的密封材料用无石棉复合增强纤维)。

抄取工艺也就是传统的造纸法，是采用改良的造纸机械将含水分散体系按造纸工艺加工成密封板材，其生产工艺流程如图3所示。

胶乳抄取法的关键在于含有纤维和各种辅料的含水分散体系(悬浮液)的制备，它是抄取成张的基础，也是纤维与基体良好结合的保证，通过对抄取制备工艺主要工序的分析和研究，确定了如表5所示的主要工艺参数的控制范围。

表5 抄取成张的主要工艺参数范围

通过大量试验和研究，针对密封材料的其它技术性能要求、工艺性能特点和性能比，对各组份进行适当的调整和优化，获得了综合性能较好的生产配方，见表6。

表6 抄取工艺用密封材料的组成和配方

组分	重量配比(％)
组分	重量配比(％)	丁腈胶乳	18
碳纤维	12	丁腈胶乳	18
碳纤维	12	纤维素纤维	8
纳科夫纤维	25	纤维素纤维	8

(替代石棉纤维)
(替代石棉纤维)		海泡石	5
高岭土	15	海泡石	5
高岭土	15	白碳黑	15
其他配合剂	2	白碳黑	15

按上表中配比，加入纳科夫纤维的得到材料C，加入石棉纤维的得到材料D。通过同等比量该发明纤维替代石棉纤维，在同等工作条件下，对两种试验材料反复分析与试验，检测得出实验结果，详见表7、表8。表中NBR为？

表7 试验用密封材料

材料代号	主要纤维	主要粘结剂	备注
材料代号	主要纤维	主要粘结剂	备注	材料C	纳科夫纤维	NBR	抄取成张
材料D	石棉纤维	NBR	抄取成张	材料C	纳科夫纤维	NBR	抄取成张

表8 填充无石棉纳科夫纤维与填充石棉纤维的密封材料性能比较

材料代号	抗拉强度(MPa)	压缩率(％)	回弹率(％)	蠕变松弛率(％)
材料代号	抗拉强度(MPa)	压缩率(％)	回弹率(％)	蠕变松弛率(％)	材料C	18.0	22.85	38.92	32.46
材料D	12.0	15.42	48.38	26.18	材料C	18.0	22.85	38.92	32.46

由应用实例2表明，采用抄取成张工艺同比量该发明纤维替代石棉纤维所制成的密封材料性能十分优越。

通过以上两种最常见的密封材料生产方法，填加本发明纤维制成的密封材料性能较添加石棉纤维增强材料有一定的提高，且该发明纤维环保可降解，生产成本低廉，适用于大批量生产，有着不可估量的潜在市场。

Claims

1、密封材料用无石棉复合增强纤维，其特征在于它由以下重量份的原料组成：

2、根据权利要求1所述的复合增强纤维，其特征在于所述偶联剂选用硅炳偶联剂或硅烷偶联剂；相容剂选用丁腈胶粉。

3、根据权利要求1所述的复合增强纤维，其特征在于所述木质纤维选用原木浆制造，木质纤维的长度在6～8mm，直径在0.05～0.06mm。

4、根据权利要求1所述的复合增强纤维，其特征在于所述矿岩棉或粒状棉主要由以下重量份原料经高温熔炉抽丝生成，其中玄武岩18-20份，辉绿岩58-62份，石灰岩8-12份，白云岩6-12份，冶金焦碳1-3份。

5、权利要求1、2、3或4所述密封材料用无石棉复合增强纤维的生产工艺，其特征在于它包括以下步骤：首先取上述重量份原料，先将矿岩棉或粒状棉进行切割，再通过离心机水洗除渣得主纤维，并控制渣球含量在0.5％-1％，加入木质纤维进行高速混合，混合后进行烘干，烘干的过程中喷入偶联剂和相容剂，烘干温度105-150℃，烘干时间1-2小时，即得复合增强纤维。

6、根据权利要求5所述的生产工艺，其特征在于所用木质纤维在混合前需进行切割。