CN103146346A - 无石棉静密封材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无石棉静密封材料及其制备方法，该材料由原料混合物经混炼制得，该原料混合物包含21wt%～40wt%的橡胶、3wt%～7wt%的硫化剂、2wt%～10wt%的配合剂、2wt%～7wt%的白炭黑、5wt%～10wt%的高岭土、8wt%～16wt%的云母粉和11wt%～30wt%的改性芳纶纤维，制备该改性芳纶纤维时，将芳纶纤维表面涂覆硅烷偶联剂溶液或分散液，然后在接触空气的条件下进行干燥，得到改性芳纶纤维；该硅烷偶联剂具有式（I）结构，其中，n为2或4；R1、R2和R3独立地选自碳原子数为1～5的烷基。本发明采用所述改性芳纶纤维制备无石棉静密封材料，能提高该材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及密封材料技术领域，特别涉及一种无石棉静密封材料及其制备方法。
背景技术
密封是防止流体或固体颗粒从相邻结合面间泄露，以及防止外界杂质侵入机器设备内部的零部件或措施，可分为静密封和动密封。其中，静密封是指密封部位没有相对运动，用于固定件之间的密封。随着我国工业的高速发展，现代密封行业对密封材料的可靠性要求越来越高。在密封行业，特别是非金属密封材料领域，石棉配合橡胶制备的密封材料长期以来被广泛应用，并为密封行业的发展做出了巨大的贡献。然而，随着人类对环境保护与安全意识的增强，石棉对环境存在污染以及对人体有危害逐渐成为社会共识，世界各国对石棉及其制品的使用做出了严格的限制。
随着国内与国际大环境的不断接轨，其中的无石棉密封材料已经越来越被各个工业行业认可和接受。现有技术公开了多种无石棉密封材料，如公开号为CN1844291A的中国专利文献公开了一种无石棉静密封材料，其由以下重量配比的原料制成：15%～30%的橡胶、4%～10%的配合剂、30%～50%的辅料、15%～40%的增强材料和1%～3%的有机硅防粘剂，其中，所述配合剂是硫化剂、防老剂、促进剂、稳定剂、防腐剂和氧化锌中的两种或两种以上的混合物，所述辅料是硅灰石、高岭土、气相法二氧化硅、硫酸钡、凹凸棒粉料和膨润土粉料中的一种或两种以上的混合物，所述增强材料使多种非石棉纤维材料、云母、石墨和蛭石中的一种或两种以上的混合物。
上述无石棉静密封材料具有在加工过程中不用石棉纤维等污染性材料的特点，无毒无污染。但是，上述无石棉静密封材料的力学性能较差，不利于其应用。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种无石棉静密封材料及其制备方法，该无石棉静密封材料具有较好的力学性能。
本发明提供一种无石棉静密封材料，由原料混合物经混炼制得，所述原料混合物包含：
21wt%～40wt%的橡胶；
3wt%～7wt%的硫化剂；
2wt%～10wt%的配合剂；
2wt%～7wt%的白炭黑；
5wt%～10wt%的高岭土；
8wt%～16wt%的云母粉；
11wt%～30wt%的改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维由以下方法制得：
将芳纶纤维表面涂覆硅烷偶联剂溶液或分散液，然后在接触空气的条件下进行干燥，得到改性芳纶纤维；
所述硅烷偶联剂具有式（I）结构：
其中，n为2或4；R1、R2和R3独立地选自碳原子数为1～5的烷基。
优选的，所述硅烷偶联剂溶液由所述硅烷偶联剂溶解在第一有机溶剂中得到，所述第一有机溶剂为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、丁酮或1,4-二氧六环；所述硅烷偶联剂在硅烷偶联剂溶液中的质量浓度为1%～10%。
优选的，所述硅烷偶联剂分散液由所述硅烷偶联剂在聚乙烯醇的存在下乳化分散在水中得到。
优选的，所述改性芳纶纤维由有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液或分散液进行分散，所述有机硅表面活性剂具有式（II）结构：
[(R3N)mSiR1 4-m]X （II）；
其中，m为1、2或3；R和R1独立地选自碳原子数为1～5的烷基；X为卤离子。
优选的，所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液由所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯溶解在第二有机溶剂中得到，所述第二有机溶剂为苯、丙酮、四氧化碳、二甲苯或甲苯，所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯在有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液中的质量浓度为0.1%～1%。
优选的，所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯分散液由所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯在聚乙烯醇的存在下乳化分散在水中得到。
优选的，所述橡胶为丁腈橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、聚异丁橡胶、氟橡胶和硅橡胶中的一种或多种。
优选的，所述硫化剂为硫磺、过氧化苯甲酰、多硫聚合物、氨基甲酸乙酯或马来酰亚胺衍生物。
优选的，所述配合剂为防老剂、促进剂、稳定剂、防腐剂和氧化锌中的至少两种。
本发明提供一种无石棉静密封材料的制备方法，包括：
将原料混合物进行混炼，得到无石棉静密封材料，所述原料混合物包含：
21wt%～40wt%的橡胶；
3wt%～7wt%的硫化剂；
2wt%～10wt%的配合剂；
2wt%～7wt%的白炭黑；
5wt%～10wt%的高岭土；
8wt%～16wt%的云母粉；
11wt%～30wt%的改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维由以下方法制得：
将芳纶纤维表面涂覆硅烷偶联剂溶液或分散液，然后在接触空气的条件下进行干燥，得到改性芳纶纤维；
所述硅烷偶联剂具有式（I）结构：
其中，n为2或4；R1、R2和R3独立地选自碳原子数为1～5的烷基。
与现有技术相比，本发明将原料混合物进行混炼，得到无石棉静密封材料，所述原料混合物包含21wt%～40wt%的橡胶、3wt%～7wt%的硫化剂、2wt%～10wt%的配合剂、2wt%～7wt%的白炭黑、5wt%～10wt%的高岭土、8wt%～16wt%的云母粉和11wt%～30wt%的改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维由以下方法制得：将芳纶纤维表面涂覆硅烷偶联剂溶液或分散液，然后在接触空气的条件下进行干燥，得到改性芳纶纤维；所述硅烷偶联剂具有式（I）结构。在本发明中，式（I）所示的硅烷偶联剂能够与空气中的水分反应，游离出羟基中间体，然后与芳纶纤维反应，从而接枝在芳纶纤维表面，能提高纤维的表面极性，达到改性芳纶纤维的目的。本发明采用所述改性芳纶纤维制备静密封材料，所述改性芳纶纤维和静密封材料中其他的材料能紧密地结合，使改性芳纶纤维和基料之间的作用增强，不但能提高静密封材料的力学性能等性能，而且能防止基料的析出、沉积以及基料与改性芳纶纤维的难融合现象，使生产正常运行。实验结果显示，本发明提供的无石棉静密封材料在横向拉伸强度、压缩率、回弹率、柔软性和气密性等方面表现均较好。
进一步的，本发明以有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液或分散液为分散介质，使改性芳纶纤维分散在其中，得到改性芳纶纤维分散液，其中，所述有机硅表面活性剂具有式（II）结构。一方面，式（II）所示的有机硅表面活性剂含有阳离子，能使改性芳纶纤维悬浮液的电导率始终稳定，而分散体系的Zeta电位负值显示显著降低，之后则趋于稳定；并且，所述有机硅表面活性剂具有良好的吸附及悬浮特性，能降低改性芳纶纤维悬浮液的表面张力，提高纤维表面的润湿性能，同时在分散过程中，部分空气以小气泡的形式存在于分散体系中，可以有效阻止改性芳纶纤维卷曲和弯曲，从而防止纤维间的打结和成团。另一方面，加入聚氧化乙烯（PEO），能使得分散体系的粘度增大，相当于在改性芳纶纤维表面附着了一层薄薄的润滑膜，起到了水溶性润滑剂的作用，更利于改性芳纶纤维的分散。本发明采用所述改性芳纶纤维分散液制备静密封材料，所述改性芳纶纤维和静密封材料中其他的材料能进一步紧密地结合，使改性芳纶纤维和基料之间的作用显著增强，从而能更好地提高静密封材料的力学性能等性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明公开了一种无石棉静密封材料，由原料混合物经混炼制得，所述原料混合物包含：
21wt%～40wt%的橡胶；
3wt%～7wt%的硫化剂；
2wt%～10wt%的配合剂；
2wt%～7wt%的白炭黑；
5wt%～10wt%的高岭土；
8wt%～16wt%的云母粉；
11wt%～30wt%的改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维由以下方法制得：
将芳纶纤维表面涂覆硅烷偶联剂溶液或分散液，然后在接触空气的条件下进行干燥，得到改性芳纶纤维；
所述硅烷偶联剂具有式（I）结构：
其中，n为2或4；R1、R2和R3独立地选自碳原子数为1～5的烷基。
本发明提供的无石棉静密封材料以橡胶、硫化剂、配合剂、白炭黑、高岭土、云母粉和改性芳纶纤维组成的原料混合物为原料，经混炼，使得到的无石棉静密封材料具有较好的力学性能和密封性能等优点，利于应用。
在本发明中，所述原料混合物包含21wt%～40wt%的橡胶，优选包含25%～35%的橡胶。所述橡胶具有弹性和绝缘性等性能，其制品质地柔软且具有一定耐酸、耐碱和耐油等能力，广泛应用于工业或生活各方面，如密封材料一般应具有良好的物理和机械性能、回弹率高、压缩永久变形小、密封可靠、加工方法和使用寿命长等特点，在其非金属材料中，使用最多的就是橡胶类弹性体材料。本发明对所述橡胶没有特殊限制，可以采用本领域常用的丁腈橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、聚异丁橡胶、氟橡胶和硅橡胶中的一种或多种。
所述原料混合物包含3wt%～7wt%的硫化剂，优选包含4%～7%的硫化剂。所述硫化剂能使橡胶分子链发生交联反应，从而增强橡胶的强度、弹性和耐溶剂等性能，其又被称为交联剂。硫磺是应用最多的硫化剂，本发明还可以采用本领域常用的有些含硫有机物、过氧化物、金属氧化物等作为硫化剂。即，所述硫化剂优选为硫磺、过氧化苯甲酰、多硫聚合物、氨基甲酸乙酯或马来酰亚胺衍生物，更优选为硫磺，使用方便，价格低廉。
所述原料混合物包含2wt%～10wt%的配合剂，优选包含4wt%～8wt%的配合剂。所述配合剂用以改善和提高橡胶制品在制造过程中的工艺性能和使用性能，以及降低制品的成本等。在本发明中，所述配合剂优选为防老剂、促进剂、稳定剂、防腐剂和氧化锌中的至少两种，其组成比例为本领域常用的即可。
其中，所述促进剂能增进橡胶的硫化作用，缩短硫化时间、减少硫化剂用量，有利于改善橡胶的物理机械性能等。本发明对所述促进剂没有特殊限制，其包括但不限于氧化钙、氧化镁、促进剂D、促进剂DM和促进剂TMTD。所述防老剂能减缓橡胶制品的老化现象，如本领域常用的石蜡、硬脂酸、防老剂A和防老剂D等，本法对此并无特殊限制。所述氧化锌属于硫化活性剂，对天然橡胶还有一定补强作用。所述稳定剂和防腐剂分别能减弱光和微生物对橡胶制品的不利影响，本发明对两者也都没有特殊限制，采用本领域常用的即可。
对于无机填料方面，所述原料混合物包含2wt%～7wt%的白炭黑，优选包含4%～7%的白炭黑。所述原料混合物也包含5wt%～10wt%的高岭土，优选包含6%～9%的高岭土。所述原料混合物还包含8wt%～16wt%的云母粉，优选包含9%～15%的云母粉。
其中，所述白炭黑为多孔性物质，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅水凝胶和气凝胶以及粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等，具有补强作用以及超强的粘附力、抗撕裂、耐热和抗老化性能。所述白炭黑为本领域常用的，可以是沉淀法白炭黑，也可以是气相法白炭黑，本发明对此并无特殊限制。所述高岭土的成分以高岭石为主，具有良好的可塑性和较高的粘结性、优良的电绝缘性、良好的抗酸溶性以及较好的耐火性等理化性质；本发明采用本领域常用的高岭土即可。所述云母粉可由天然云母矿石经干法、湿法研磨制得，化学成分为硅酸钾盐，有补强效能，能提高橡胶的阻尼性能，并具有良好的耐热、耐酸和电绝缘性能，以及防护紫外线和放射性辐射的功能；本发明采用本领域常用的云母粉即可。本发明将所述白炭黑、高岭土和云母粉按一定比例配合使用，能对改善无石棉静密封材料的力学性能和密封性能起到较好的作用。
所述原料混合物包含11wt%～30wt%的改性芳纶纤维，优选包含20wt%～28wt%的改性芳纶纤维。所述改性芳纶纤维由以下方法制得：
将芳纶纤维表面涂覆硅烷偶联剂溶液或分散液，然后在接触空气的条件下进行干燥，得到改性芳纶纤维；所述硅烷偶联剂具有式（I）结构。
本发明实施例首先将硅烷偶联剂溶液或分散液涂覆于芳纶纤维表面，得到涂覆了硅烷偶联剂溶液或分散液的芳纶纤维。
本发明对芳纶纤维表面进行改性，对其的种类和来源等没有特殊限制，如可以采用市售的对位芳纶纤维。
本发明以硅烷偶联剂溶液或分散液为表面改性处理剂，所述硅烷偶联剂具有式（I）结构，其对芳纶纤维进行表面改性时，能够与空气中的水分反应，游离出羟基中间体，然后与芳纶纤维反应，从而接枝在芳纶纤维表面，能提高纤维的表面极性，达到改性芳纶纤维的目的。
在式（I）中，n为2或4，若n为2，即2个S连接；若n为4，即4个S成菱形分布，菱形的每个角上有一个硫原子。
R1、R2和R3独立地选自碳原子数为1～5的烷基，优选独立地选自碳原子数为1～3的烷基。如R1、R2和R3可以独立地选自CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、(CH3)2CH-、(CH3)3C-、(CH3)3CCH2-、CH3CH2CH2CH2-、(CH3)2CHCH2-、CH3CH2CH2CH2CH2-、(CH3)2CHCH2CH2-和CH3CH2CH(CH3)CH2-中的任一种，优选独立地选自CH3-、CH3CH2-和CH3CH2CH2-中的任一种。R1、R2和R3可以都相同，也可以都不相同，还可以其中两个相同，本发明对此并无特殊限制。比如，所述硅烷偶联剂中n为2，R1、R2和R3均为CH3-，或者n为4，R1、R2和R3均为CH3CH2-，即Si69，或者n为2，R1、R2和R3均为CH3CH2-，即Si75。
在本发明中，所述硅烷偶联剂可以从市场上购得，也可以按照现有方法自行制得，制备方法与Si75和Si69的合成方法类似，反应式可以如式（1）所示：
Na2S4+2(C2H5O)3Si(CH2)3Cl→[(C2H5O)3Si(CH2)3]2S4+2NaCl (1)。
所述硅烷偶联剂分子结构简单，一方面能保证其与芳纶纤维的反应活性，另一方面节约成本。所述硅烷偶联剂可通过硫偶联反应制备，步骤简单，总收率高，并且原料成本较低。
涂覆芳纶纤维时，本发明可以采用硅烷偶联剂溶液。所述硅烷偶联剂溶液优选由所述硅烷偶联剂溶解在第一有机溶剂中得到，然后直接使用，配制简单，且质量稳定，可长期使用。
其中，所述溶解为本领域技术人员熟知的技术手段，本发明对此没有特殊限制，优选通过搅拌溶解。所述第一有机溶剂优选为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、丁酮或1,4-二氧六环，更优选为乙醇或正丙醇。所述第一有机溶剂为极性溶剂，能溶解硅烷偶联剂，且与芳纶纤维有很好的亲和性。所述硅烷偶联剂在硅烷偶联剂溶液中的质量浓度优选为1%～10%，更优选为4%～8%，既能保证较好的改性效果，又控制了成本的增加。
另外，涂覆芳纶纤维时，本发明还可以采用硅烷偶联剂分散液。所述硅烷偶联剂分散液优选由所述硅烷偶联剂在聚乙烯醇的存在下乳化分散在水中得到，然后直接使用。所述聚乙烯醇的粘度优选为8mPa·s～10mPa·s，能将硅烷偶联剂很好地乳化分散到水中，而且这两种化合物对芳纶纤维表面改性具有协同作用。
其中，所述乳化分散为本领域技术人员熟知的技术手段，本发明对此没有特殊限制。所述硅烷偶联剂在硅烷偶联剂分散液中的质量浓度优选为1%～10%，更优选为4%～8%；所述聚乙烯醇在硅烷偶联剂分散液中的质量浓度优选为100ppm～500ppm，更优选为200ppm～400ppm。
本发明优选采用硅烷偶联剂溶液涂覆芳纶纤维，以进行表面改性，操作更简便。在本发明中，所述涂覆优选具体为：将硅烷偶联剂溶液或分散液置于上油机中，在恒压泵的输送下，在线浸没生产线上行进的芳纶纤维，使其表面均匀涂覆表面改性处理剂。本发明表面处理方式优选为生产线在线处理，利于提高生产效率，操作简单、安全，利于降低大规模工业化生产的成本。其中，采用的上油机、恒压泵等设备为本领域技术人员常用的即可，本发明没有特殊限制。所述芳纶纤维的行进速度优选为3m/min～15m/min，更优选为5m/min～10m/min，使涂覆效果和效率都较好。
得到涂覆了硅烷偶联剂溶液或分散液的芳纶纤维后，本发明将其在接触空气的条件下进行干燥，得到改性芳纶纤维。
本发明在接触空气的条件下进行干燥，首先提供空气中的水分，使所述硅烷偶联剂反应游离出羟基中间体，再与芳纶纤维表面反应，从而接枝在芳纶纤维表面。
并且，本发明进行干燥处理利于反应进行，所述干燥优选采用电加热或蒸汽加热滚筒式干燥机，更优选采用蒸汽加热滚筒式干燥机。所述干燥的温度优选为60℃～115℃，更优选为70℃～100℃；所述干燥的时间优选为5min～7min。本发明采用的干燥温度和干燥时间，既不会破坏硅烷偶联剂的结构，又能保证纤维表面的有机溶剂完全挥发，减少对纤维性能的不利影响，且提高生产效率，降低成本。
完成改性后，得到的芳纶柔软分散、性状质量稳定，具有较高的表面极性。
本发明采用所述改性芳纶纤维制备静密封材料，所述改性芳纶纤维和静密封材料中其他的材料能紧密地结合，使改性芳纶纤维和基料之间的作用增强，不但能提高静密封材料的力学性能等性能，而且能防止基料的析出、沉积以及基料与改性芳纶纤维的难融合现象，使生产正常运行。
在本发明中，所述改性芳纶纤维优选由有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液或分散液进行分散，所述有机硅表面活性剂具有式（II）结构：
[(R3N)mSiR1 4-m]X （II）；
其中，m为1、2或3；R和R1独立地选自碳原子数为1～5的烷基；X为卤离子。
本发明优选以有机硅表面活性剂和聚氧化乙烯作为改性芳纶纤维的分散处理剂，其中一方面，所述有机硅表面活性剂具有式（II）结构，在式（II）中，m为1、2或3，优选为2。X为卤离子，优选为氯离子、溴离子或碘离子。
R和R1独立地选自碳原子数为1～5的烷基，优选独立地选自碳原子数为1～3的烷基。如R和R1可以独立地选自CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、(CH3)2CH-、(CH3)3C-、(CH3)3CCH2-、CH3CH2CH2CH2-、(CH3)2CHCH2-、CH3CH2CH2CH2CH2-、(CH3)2CHCH2CH2-和CH3CH2CH(CH3)CH2-中的任一种，优选独立地选自CH3-、CH3CH2-和CH3CH2CH2-中的任一种。R和R1可以相同，也可以不同，本发明对此并无特殊限制。
本发明对所述有机硅表面活性剂的来源也没有特殊限制，可以从市场上购得，如可采用广州诺康的NK-JA02等。
所述有机硅表面活性剂含有阳离子，能使改性芳纶纤维悬浮液的电导率始终稳定，而分散体系的Zeta电位负值显示显著降低，之后则趋于稳定；并且，所述有机硅表面活性剂具有良好的吸附及悬浮特性，能降低改性芳纶纤维悬浮液的表面张力，提高纤维表面的润湿性能，同时在分散过程中，部分空气以小气泡的形式存在于分散体系中，可以有效阻止改性芳纶纤维卷曲和弯曲，从而防止纤维间的打结和成团。
另外，所述有机硅表面活性剂分子结构简单，成本较低。
其中另一方面，所述聚氧化乙烯（PEO）能使得分散体系的粘度增大，相当于在改性芳纶纤维表面附着了一层薄薄的润滑膜，起到了水溶性润滑剂的作用，更利于改性芳纶纤维的分散。
在本发明中，所述聚氧化乙烯的分子量优选为300万～400万，使分散体系的粘度较为适宜。并且，本发明对所述聚氧化乙烯的来源也没有特殊限制，可以从市场上购得，如使用市售的聚氧化乙烯，粒度＜10目，密度约1.2g/cm3，燃料残渣＜2%。
本发明将所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯复配来分散改性芳纶纤维，能达到更好的分散效果。本发明对所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯的比例没有特殊限制，如质量比可以为（10%～30%）:（90%～70%）。
在本发明中，所述分散介质可以为有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液。所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液优选由所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯溶解在第二有机溶剂中得到，然后直接使用，配制简单，且质量稳定，可长期使用。
其中，所述溶解为本领域技术人员熟知的技术手段，本发明对此没有特殊限制，优选通过搅拌溶解。所述第二有机溶剂优选为苯、丙酮、四氧化碳、二甲苯或甲苯，更优选为苯或二甲苯。所述第二有机溶剂为惰性溶剂，能溶解有机硅表面活性剂及聚氧化乙烯，且与改性芳纶纤维有很好的亲和性。所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯在有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液中的质量浓度优选为0.1%～1%，更优选为0.4%～0.7%，既能保证较好的分散效果，又控制了成本增加。
另外，所述分散介质也可以为有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯分散液。所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯分散液优选由所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯在聚乙烯醇的存在下乳化分散在水中得到，然后直接使用。所述聚乙烯醇的粘度优选为8mPa·s～10mPa·s，能将有机硅表面活性剂及聚氧化乙烯很好地乳化分散到水中，而且这几种化合物对改性芳纶纤维的分散具有协同作用。
其中，所述乳化分散为本领域技术人员熟知的技术手段，本发明对此没有特殊限制。所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯在有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯分散液中的质量浓度优选为0.1%～1%，更优选为0.4%～0.7%。所述聚乙烯醇在有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯分散液中的质量浓度优选为100ppm～500ppm，更优选为200ppm～400ppm。
本发明优选采用有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液为分散介质，操作更简便，效果更好。
在本发明中，将改性芳纶纤维在分散介质中分散时，所述分散优选具体为：将有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液或分散液置于上油机中，在恒压泵的输送下，在线浸没生产线上行进的改性芳纶纤维，使改性芳纶纤维在线得到分散。本发明分散处理方式优选为生产线在线处理，利于提高生产效率，操作简单、安全，利于降低大规模工业化生产的成本。其中，采用的上油机、恒压泵等设备为本领域技术人员常用的即可，本发明没有特殊限制。所述改性芳纶纤维的行进速度优选为12m/min～20m/min，更优选为15m/min～17m/min，使分散效果和效率都较好。
完成分散后，得到的改性芳纶纤维分散液的纤维柔软分散、性状质量稳定，具有较好的分散效果。
本发明采用所述改性芳纶纤维分散液制备静密封材料，所述改性芳纶纤维和静密封材料中其他的材料能进一步紧密地结合，使改性芳纶纤维和基料之间的作用显著增强，从而能更好地提高静密封材料的力学性能等性能。
所述原料混合物还可以包含其他助剂，如着色剂和阻燃剂等，赋予无石棉静密封材料相应的性能。
相应的，本发明还提供了一种无石棉静密封材料的制备方法，包括：
将原料混合物进行混炼，得到无石棉静密封材料，所述原料混合物包含：
21wt%～40wt%的橡胶；
3wt%～7wt%的硫化剂；
2wt%～10wt%的配合剂；
2wt%～7wt%的白炭黑；
5wt%～10wt%的高岭土；
8wt%～16wt%的云母粉；
11wt%～30wt%的改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维由以下方法制得：
将芳纶纤维表面涂覆硅烷偶联剂溶液或分散液，然后在接触空气的条件下进行干燥，得到改性芳纶纤维；
所述硅烷偶联剂具有式（I）结构：
其中，n为2或4；R1、R2和R3独立地选自碳原子数为1～5的烷基。
本发明实施例将上述一定量的橡胶、硫化剂、配合剂、白炭黑、高岭土、云母粉和改性芳纶纤维等组成的原料混合物进行混炼，得到无石棉静密封材料。
在本发明中，所述橡胶、硫化剂、配合剂、白炭黑、高岭土、云母粉和改性芳纶纤维等原料混合物的内容与上文所述的内容一致，在此不再一一赘述。
在将原料混合物进行混炼之前，本发明优选将橡胶进行烘胶，除去水分，并使橡胶基本解除低温的晶态结构，利于后续加工。
烘胶结束后，本发明上述一定量的橡胶、硫化剂、配合剂、白炭黑、高岭土、云母粉和改性芳纶纤维等组成的原料混合物投入密炼机中进行混炼，得到无石棉静密封材料。
本发明可将从密炼机出来的物料放在开炼机上进行充分混炼，然后调整制板机间隙，并将充分混炼后的物料放在厚板上拉薄，得到无石棉橡胶板，即无石棉静密封材料。
所述烘胶、混炼等工序均为本领域技术人员熟知的技术手段，在本发明中，所述烘胶的温度优选为50℃～80℃；所述烘胶的时间优选为20小时～36小时。所述混炼的过程温度优选不超过120℃，更优选为100℃～110℃。
得到无石棉静密封材料后，本发明根据日本标准AS5-2-1914d对其进行性能测试。测试结果显示，本发明提供的无石棉静密封材料在横向拉伸强度、压缩率、回弹率、柔软性和气密性等方面表现均较好，表明本发明提供的无石棉静密封材料具有较好的力学性能等性能。
同时，本发明制备无石棉静密封材料时，避免了基料的析出、沉积以及基料与纤维的难融合现象，制备方法操作简易、安全。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的无石棉静密封材料及其制备方法进行具体描述。
以下实施例使用的聚氧化乙烯为购自深圳市吉田化工有限公司的PEO-15。
实施例1
将式（I）所示的硅烷偶联剂溶解在乙醇中，得到硅烷偶联剂溶液，其中，n为2，R1、R2和R3均为甲基；所述硅烷偶联剂的质量浓度为1%。
将所述硅烷偶联剂溶液置于上油机中，在恒压泵的输送下，在线浸没生产线上行进的芳纶纤维，芳纶纤维的行进速度为3m/min，使硅烷偶联剂溶液均匀涂覆于芳纶纤维表面。
将涂覆了硅烷偶联剂溶液的芳纶纤维在接触空气的条件下，采用蒸汽加热滚筒式干燥机进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为5min，得到改性芳纶纤维。
将氟橡胶于60℃烘干，时间为24小时。
将30wt%的烘干后的氟橡胶、7wt%的硫磺、26wt%的改性芳纶纤维、12wt%的云母粉、9wt%的高岭土、6wt%的白炭黑、5wt%氧化锌、2wt%的防老剂4010和3wt%的促进剂DM投入密炼机中进行混炼，过程温度为100℃。
将从密炼机出来的物料放在开炼机上进行充分混炼，然后调整制板机间隙，并将充分混炼后的物料放在厚板上拉薄，得到厚度为0.5mm的无石棉橡胶板，即无石棉静密封材料。
得到无石棉静密封材料后，本发明按照上文所述的方法对其进行性能测试，测试结果如表1所示，表1为本发明实施例1和比较例1提供的无石棉静密封材料的性能检测结果。
表1本发明实施例1和比较例1提供的无石棉静密封材料的性能检测结果
由表1可知，本发明提供的无石棉静密封材料在横向拉伸强度、压缩率、回弹率、柔软性和气密性等方面表现均较好，表明本发明提供的无石棉静密封材料具有较好的力学性能等性能。
比较例1
将氟橡胶于60℃烘干，时间为24小时。
将30wt%的烘干后的氟橡胶、7wt%的硫磺、26wt%的芳纶纤维、12wt%的云母粉、9wt%的高岭土、6wt%的白炭黑、5wt%氧化锌、2wt%的防老剂4010和3wt%的促进剂DM投入密炼机中进行混炼，过程温度为100℃。
将从密炼机出来的物料放在开炼机上进行充分混炼，然后调整制板机间隙，并将充分混炼后的物料放在厚板上拉薄，得到厚度为0.5mm的无石棉橡胶板，即无石棉静密封材料。
得到无石棉静密封材料后，本发明按照上文所述的方法对其进行性能测试，测试结果如表1所示。
实施例2
将式（I）所示的硅烷偶联剂（购自中国石油公司，Si69）溶解在正丙醇中，得到硅烷偶联剂溶液，其中，n为4，R1、R2和R3均为乙基；所述硅烷偶联剂的质量浓度为10%。
将所述硅烷偶联剂溶液置于上油机中，在恒压泵的输送下，在线浸没生产线上行进的芳纶纤维，芳纶纤维的行进速度为15m/min，使硅烷偶联剂溶液均匀涂覆于芳纶纤维表面。
将涂覆了硅烷偶联剂溶液的芳纶纤维在接触空气的条件下，采用蒸汽加热滚筒式干燥机进行干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为7min，得到改性芳纶纤维。
将丁腈橡胶于50℃烘干，时间为30小时。
将30wt%的烘干后的丁腈橡胶、4wt%的硫磺、25wt%的改性芳纶纤维、16wt%的云母粉、8wt%的高岭土、7wt%的白炭黑、4wt%氧化锌、4wt%的防老剂4010和2wt%的促进剂DM投入密炼机中进行混炼，过程温度为110℃。
将从密炼机出来的物料放在开炼机上进行充分混炼，然后调整制板机间隙，并将充分混炼后的物料放在厚板上拉薄，得到厚度为0.5mm的无石棉橡胶板，即无石棉静密封材料。
得到无石棉静密封材料后，本发明按照上文所述的方法对其进行性能测试。测试结果显示，本发明提供的无石棉静密封材料在横向拉伸强度、压缩率、回弹率、柔软性和气密性等方面表现均较好，表明本发明提供的无石棉静密封材料具有较好的力学性能等性能。
实施例3
将式（I）所示的硅烷偶联剂溶解在乙醇中，得到硅烷偶联剂溶液，其中，n为2，R1、R2和R3均为甲基；所述硅烷偶联剂的质量浓度为1%。
将所述硅烷偶联剂溶液置于上油机中，在恒压泵的输送下，在线浸没生产线上行进的芳纶纤维，芳纶纤维的行进速度为3m/min，使硅烷偶联剂溶液均匀涂覆于芳纶纤维表面。
将涂覆了硅烷偶联剂溶液的芳纶纤维在接触空气的条件下，采用蒸汽加热滚筒式干燥机进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为5min，得到改性芳纶纤维。
将有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯通过搅拌溶解在二甲苯中，得到有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液，其中，所述有机硅表面活性剂具有式（III）结构，所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯的质量浓度为0.1%，两者的质量比为10%:90%；
[(CH3)3N)2Si(CH3)2]Cl （III）；
将所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液置于上油机中，在恒压泵的输送下，在线浸没生产线上行进的所述改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维的行进速度为12m/min，得到改性芳纶纤维分散液。
将氟橡胶于70℃烘干，时间为24小时。
将28wt%的烘干后的氟橡胶、5wt%的硫磺、24wt%的改性芳纶纤维分散液、16wt%的云母粉、10wt%的高岭土、7wt%的白炭黑、5wt%氧化锌、2wt%的防老剂4010和3wt%的促进剂DM投入密炼机中进行混炼，过程温度为100℃。
将从密炼机出来的物料放在开炼机上进行充分混炼，然后调整制板机间隙，并将充分混炼后的物料放在厚板上拉薄，得到厚度为0.5mm的无石棉橡胶板，即无石棉静密封材料。
得到无石棉静密封材料后，本发明按照上文所述的方法对其进行性能测试，测试结果如表2所示，表2为本发明实施例3提供的无石棉静密封材料的性能检测结果。
表2本发明实施例3提供的无石棉静密封材料的性能检测结果
由表2可知，本发明提供的无石棉静密封材料在横向拉伸强度、压缩率、回弹率、柔软性和气密性等方面表现均较好，表明本发明提供的无石棉静密封材料具有较好的力学性能等性能。
实施例4
将式（I）所示的硅烷偶联剂（购自中国石油公司，Si69）溶解在正丙醇中，得到硅烷偶联剂溶液，其中，n为4，R1、R2和R3均为乙基；所述硅烷偶联剂的质量浓度为10%。
将所述硅烷偶联剂溶液置于上油机中，在恒压泵的输送下，在线浸没生产线上行进的芳纶纤维，芳纶纤维的行进速度为15m/min，使硅烷偶联剂溶液均匀涂覆于芳纶纤维表面。
将涂覆了硅烷偶联剂溶液的芳纶纤维在接触空气的条件下，采用蒸汽加热滚筒式干燥机进行干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为7min，得到改性芳纶纤维。
将有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯通过搅拌溶解在二甲苯中，得到有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液，其中，所述有机硅表面活性剂具有式（IV）结构，所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯的质量浓度为1%，两者的质量比为30%:70%；
[(CH3)3N)2Si(CH3)2]Br （IV）；
将所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液置于上油机中，在恒压泵的输送下，在线浸没生产线上行进的所述改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维的行进速度为20m/min，得到改性芳纶纤维分散液。
将丁腈橡胶于80℃烘干，时间为24小时。
将29wt%的烘干后的丁腈橡胶、7wt%的硫磺、27wt%的改性芳纶纤维分散液、12wt%的云母粉、10wt%的高岭土、7wt%的白炭黑、3wt%氧化锌、3wt%的防老剂4010和2wt%的促进剂DM投入密炼机中进行混炼，过程温度为110℃。
将从密炼机出来的物料放在开炼机上进行充分混炼，然后调整制板机间隙，并将充分混炼后的物料放在厚板上拉薄，得到厚度为0.5mm的无石棉橡胶板，即无石棉静密封材料。
得到无石棉静密封材料后，本发明按照上文所述的方法对其进行性能测试。测试结果显示，本发明提供的无石棉静密封材料在横向拉伸强度、压缩率、回弹率、柔软性和气密性等方面表现均较好，表明本发明提供的无石棉静密封材料具有较好的力学性能等性能。
由以上实施例和比较例可知，本发明提供的无石棉静密封材料在力学性能和密封性能等方面得到了改善，同时，生产时能防止基料的析出和沉积，生产操作简易、安全。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种无石棉静密封材料，由原料混合物经混炼制得，所述原料混合物包含：
21wt%～40wt%的橡胶；
3wt%～7wt%的硫化剂；
2wt%～10wt%的配合剂；
2wt%～7wt%的白炭黑；
5wt%～10wt%的高岭土；
8wt%～16wt%的云母粉；
11wt%～30wt%的改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维由以下方法制得：
将芳纶纤维表面涂覆硅烷偶联剂溶液或分散液，然后在接触空气的条件下进行干燥，得到改性芳纶纤维；
所述硅烷偶联剂具有式（I）结构：
其中，n为2或4；R1、R2和R3独立地选自碳原子数为1～5的烷基。
2.根据权利要求1所述的无石棉静密封材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液由所述硅烷偶联剂溶解在第一有机溶剂中得到，所述第一有机溶剂为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、丁酮或1,4-二氧六环；所述硅烷偶联剂在硅烷偶联剂溶液中的质量浓度为1%～10%。
3.根据权利要求1所述的无石棉静密封材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂分散液由所述硅烷偶联剂在聚乙烯醇的存在下乳化分散在水中得到。
4.根据权利要求1～3任一项所述的无石棉静密封材料，其特征在于，所述改性芳纶纤维由有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液或分散液进行分散，所述有机硅表面活性剂具有式（II）结构：
[(R3N)mSiR1 4-m]X （II）；
其中，m为1、2或3；R和R1独立地选自碳原子数为1～5的烷基；X为卤离子。
5.根据权利要求4所述的无石棉静密封材料，其特征在于，所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液由所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯溶解在第二有机溶剂中得到，所述第二有机溶剂为苯、丙酮、四氧化碳、二甲苯或甲苯，所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯在有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯混合溶液中的质量浓度为0.1%～1%。
6.根据权利要求4所述的无石棉静密封材料，其特征在于，所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯分散液由所述有机硅表面活性剂与聚氧化乙烯在聚乙烯醇的存在下乳化分散在水中得到。
7.根据权利要求1所述的无石棉静密封材料，其特征在于，所述橡胶为丁腈橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、聚异丁橡胶、氟橡胶和硅橡胶中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的无石棉静密封材料，其特征在于，所述硫化剂为硫磺、过氧化苯甲酰、多硫聚合物、氨基甲酸乙酯或马来酰亚胺衍生物。
9.根据权利要求1所述的无石棉静密封材料，其特征在于，所述配合剂为防老剂、促进剂、稳定剂、防腐剂和氧化锌中的至少两种。
10.一种无石棉静密封材料的制备方法，包括：
将原料混合物进行混炼，得到无石棉静密封材料，所述原料混合物包含：
21wt%～40wt%的橡胶；
3wt%～7wt%的硫化剂；
2wt%～10wt%的配合剂；
2wt%～7wt%的白炭黑；
5wt%～10wt%的高岭土；
8wt%～16wt%的云母粉；
11wt%～30wt%的改性芳纶纤维，所述改性芳纶纤维由以下方法制得：
将芳纶纤维表面涂覆硅烷偶联剂溶液或分散液，然后在接触空气的条件下进行干燥，得到改性芳纶纤维；
所述硅烷偶联剂具有式（I）结构：
其中，n为2或4；R1、R2和R3独立地选自碳原子数为1～5的烷基。
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