CN104482205B - 一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法，通过将工业废旧陶瓷原料、二氧化硅、碳化硅、碳化硼、氧化锌和氧化钛等作为坯体原料，废旧硅橡胶、溴化丁基橡胶、N660炭黑、玻璃纤维、活化剂、PEG20000作为橡胶组分，通过热硫化工艺得到密封圈，该制备工艺简单，易于工业化，所制备的密封圈具有优良的物化性能。
Description
技术领域
本发明属于密封圈领域，特别涉及一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法。
背景技术
随着我国科技的发展，各种工艺对于机械密封以及运动密封的需求也越来越高，在冶金、机械、化工、医药、食品、耐腐蚀泵、汽车以及气动元件等领域，越来越需要精度高、机械强度好，高温耐磨性好，耐化学腐蚀性能好，温度突变时不透水等高性能的密封圈。
陶瓷密封圈是现在研究的重点，有人将氧化铝50～70wt％；氧化锆10～20wt％；乙二醇3～7wt％；聚乙烯5～9wt％；硅溶胶、铝溶胶或软质黏土中的一种或多种2～5wt％制成耐火胶泥密封圈，但是其用途有限，密封性能也有待于提高；而将纳米陶瓷引入到陶瓷领域是现在研究的热点，由于纳米材料具有的优异物化性能，将会大大提高纳米陶瓷的力学、电学和机械性能。
同时，由于密封圈的使用寿命是有限的，如何再次利用废旧的密封圈也是现在大家关注的热点，废旧陶瓷的主要成分依旧是氧化铝和氧化硅，如何通过合适的工艺配方和工艺流程，添加合适的物质，采用合适的工艺，制备出高性能的陶瓷密封圈也是一件非常有意义的工作。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，研制出一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法。
该密封圈分为两部分，内部为陶瓷部分，外部为橡胶部分，陶瓷部分通过热硫化工艺布局在橡胶内，
陶瓷部分的重量份组成为：
工业废旧陶瓷原料 50-70份
纳米二氧化硅 10-30份
纳米碳化硅 15-20份
电熔镁砂 10-15份
纳米碳化硼 5-10份
纳米氧化锌 5-10份
纳米氧化钛 5-10份
炭黑 5-10份
钇稳定氧化锆 10-20份
红柱石 6-10份
钢化纤维 1-5份
PVA 1-3份
铝酸盐水泥 1-3份；
橡胶部分的重量份组成为：
废旧硅橡胶 40-60份
溴化丁基橡胶 20-40份
N660炭黑 20-40份
碳纤维 3-5份
活化剂 1-3份
PEG20000 1-3份；
所述密封圈的耐磨系数为130-160g/cm3，常压耐压强度为500-650Mpa，常压抗折强度为550-650Mpa，耐最高使用温度在1690℃～1800℃，导热系数为22-32w/(m·k)；
制备工艺如下：
(1)对工业废旧陶瓷原料进行常规破碎，除杂，再将其与其他陶瓷原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1-3h，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，进行二次球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1-3h，将球磨后的浆料置于模具中，用10-20Mpa的压力等静压压制成型、得到生坯，随后在800～830℃下对生坯进行素烧30-40min，得到陶瓷坯体；
(2)将橡胶原料进行破碎、研磨混合，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，得到均一的橡胶原料；
(3)将橡胶原料经过高压注塑机注入到陶瓷坯体中，随后在硫化罐中进行硫化5-7h，硫化温度为200-270℃；
(4)经过常规后处理得到耐磨损陶瓷密封圈。
作为优选，所述工业废旧陶瓷原料含有以下组分：Al2O3 50-70％，SiO2 20-30％，MgO5-10％，Fe2O3 1-2％，ZnO 1-2％，Na2O 1-2％，K2O 0-2％。
作为优选，所述纳米二氧化硅的尺寸为80-100nm。
作为优选，步骤(3)中的硫化温度为250℃，硫化时间为6h。
本发明的有益效果：
(1)本发明合理的利用工业废旧陶瓷以及废旧硅橡胶，通过添加合适的物质，得到具备高物化性能的陶瓷密封圈。
(2)本发明将各种坯体原料和橡胶原料进行有机的组合，并且通过优化制备工艺，得到机械性能好，耐火隔热、健康环保的耐磨损陶瓷密封圈。
(2)本发明通过引入纳米无机材料到密封圈的陶瓷组分中，进一步提高了密封圈的物化性能，其耐磨系数、常压耐压强度、常压抗折强度以及耐最高使用温度以及导热系数等参数都相比于普通的密封圈大大提升。
(4)本发明制备的密封圈制备工艺简单，环保，且便于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：
一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法，该密封圈分为两部分，内部为陶瓷部分，外部为橡胶部分，陶瓷部分通过热硫化工艺布局在橡胶内，
纳米陶瓷部分的重量份组成为：
工业废旧陶瓷原料 50份
纳米二氧化硅 30份
纳米碳化硅 20份
电熔镁砂 15份
纳米碳化硼 10份
纳米氧化锌 10份
纳米氧化钛 10份
炭黑 10份
钇稳定氧化锆 20份
红柱石 10份
钢化纤维 5份
PVA 3份
铝酸盐水泥 3份；
橡胶部分的重量份组成为：
废旧硅橡胶 40份
溴化丁基橡胶 50份
N660炭黑 40份
玻璃纤维 5份
活化剂 3份
PEG20000 3份；
所述工业废旧陶瓷原料含有以下组分：Al2O3 55％，SiO2 30％，MgO 10％，Fe2O31％，ZnO 2％，Na2O 1％，K2O 1％；
纳米二氧化硅的尺寸为100nm；
所述密封圈的耐磨系数为130g/cm3，常压耐压强度为600Mpa，常压抗折强度为600Mpa，耐最高使用温度为1780℃，导热系数为32w/(m·k)。
制备工艺如下：
(1)对工业废旧陶瓷原料进行常规破碎，除杂，再将其与其他陶瓷原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1h，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，进行二次球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1h，将球磨后的浆料置于模具中，用10Mpa的压力等静压压制成型、得到生坯，随后在800℃下对生坯进行素烧30min，得到陶瓷坯体；
(2)将橡胶原料进行破碎、研磨混合，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，得到均一的橡胶原料；
(3)将橡胶原料经过高压注塑机注入到陶瓷坯体中，随后在硫化罐中进行硫化5h，硫化温度为270℃；
(4)经过常规后处理得到耐磨损陶瓷密封圈。
实施例2：
一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法，该密封圈分为两部分，内部为陶瓷部分，外部为橡胶部分，陶瓷部分通过热硫化工艺布局在橡胶内，
纳米陶瓷部分的重量份组成为：
工业废旧陶瓷原料 70份
纳米二氧化硅 10份
纳米碳化硅 10份
电熔镁砂 10份
纳米碳化硼 5份
纳米氧化锌 5份
纳米氧化钛 5份
炭黑 5份
钇稳定氧化锆 10份
红柱石 6份
钢化纤维 1份
PVA 1份
铝酸盐水泥 1份；
橡胶部分的重量份组成为：
废旧硅橡胶 60份
溴化丁基橡胶 30份
N660炭黑 20份
玻璃纤维 3份
活化剂 1份
PEG20000 1份；
所述工业废旧陶瓷原料含有以下组分：Al2O3 59％，SiO2 27％，MgO 10％，Fe2O31％，ZnO 2％，Na2O 1％，K2O 0％；
纳米二氧化硅的尺寸为80nm；
所述密封圈的耐磨系数130g/cm3，常压耐压强度为570Mpa，常压抗折强度为600Mpa，耐最高使用温度1790℃，导热系数为30w/(m·k)。
制备工艺如下：
(1)对工业废旧陶瓷原料进行常规破碎，除杂，再将其与其他陶瓷原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1h，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，进行二次球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1h，将球磨后的浆料置于模具中，用10Mpa的压力等静压压制成型、得到生坯，随后在800℃下对生坯进行素烧30min，得到陶瓷坯体；
(2)将橡胶原料进行破碎、研磨混合，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，得到均一的橡胶原料；
(3)将橡胶原料经过高压注塑机注入到陶瓷坯体中，随后在硫化罐中进行硫化6h，硫化温度为270℃；
(4)经过常规后处理得到耐磨损陶瓷密封圈。
实施例3：
一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法，该密封圈分为两部分，内部为陶瓷部分，外部为橡胶部分，陶瓷部分通过热硫化工艺布局在橡胶内，
纳米陶瓷部分的重量份组成为：
工业废旧陶瓷原料 60份
纳米二氧化硅 10份
纳米碳化硅 10份
电熔镁砂 10份
纳米碳化硼 5份
纳米氧化锌 5份
纳米氧化钛 5份
炭黑 5份
钇稳定氧化锆 10份
红柱石 6份
钢化纤维 1份
PVA 1份
铝酸盐水泥 1份；
橡胶部分的重量份组成为：
废旧硅橡胶 50份
溴化丁基橡胶 30份
N660炭黑 20份
玻璃纤维 3份
活化剂 1份
PEG20000 1份；
所述工业废旧陶瓷原料含有以下组分：Al2O3 59％，SiO2 27％，MgO 10％，Fe2O31％，ZnO 2％，Na2O 1％，K2O 0％；
纳米二氧化硅的尺寸为100nm；
所述密封圈的耐磨系数132g/cm3，常压耐压强度为573Mpa，常压抗折强度为606Mpa，耐最高使用温度1800℃，导热系数为32w/(m·k)。
制备工艺如下：
(1)对工业废旧陶瓷原料进行常规破碎，除杂，再将其与其他陶瓷原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1h，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，进行二次球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1h，将球磨后的浆料置于模具中，用10Mpa的压力等静压压制成型、得到生坯，随后在800℃下对生坯进行素烧30min，得到陶瓷坯体；
(2)将橡胶原料进行破碎、研磨混合，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，得到均一的橡胶原料；
(3)将橡胶原料经过高压注塑机注入到陶瓷坯体中，随后在硫化罐中进行硫化6h，硫化温度为240℃；
(4)经过常规后处理得到耐磨损陶瓷密封圈。
实施例4：
一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法，该密封圈分为两部分，内部为陶瓷部分，外部为橡胶部分，陶瓷部分通过热硫化工艺布局在橡胶内，
纳米陶瓷部分的重量份组成为：
工业废旧陶瓷原料 60份
纳米二氧化硅 20份
纳米碳化硅 20份
电熔镁砂 15份
纳米碳化硼 10份
纳米氧化锌 10份
纳米氧化钛 10份
炭黑 10份
钇稳定氧化锆 20份
红柱石 10份
钢化纤维 5份
PVA 3份
铝酸盐水泥 3份；
橡胶部分的重量份组成为：
废旧硅橡胶 40份
溴化丁基橡胶 50份
N660炭黑 40份
玻璃纤维 5份
活化剂 3份
PEG20000 3份；
所述工业废旧陶瓷原料含有以下组分：Al2O3 55％，SiO2 30％，MgO 10％，Fe2O31％，ZnO 2％，Na2O 1％，K2O 1％；
纳米二氧化硅的尺寸为90nm；
所述密封圈的耐磨系数为135g/cm3，常压耐压强度为602Mpa，常压抗折强度为610Mpa，耐最高使用温度为1790℃，导热系数为30w/(m·k)。
制备工艺如下：
(1)将陶瓷原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨3h，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，进行二次球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨3h，将球磨后的浆料置于模具中，用20Mpa的压力等静压压制成型、得到生坯，随后在830℃下对生坯进行素烧40min，得到陶瓷坯体；
(2)将橡胶原料进行破碎、研磨混合，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，得到均一的橡胶原料；
(3)将橡胶原料经过高压注塑机注入到陶瓷坯体中，随后在硫化罐中进行硫化6h，硫化温度为210℃；
(4)经过常规后处理得到耐磨损陶瓷密封圈。
实施例5：
一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法，该密封圈分为两部分，内部为陶瓷部分，外部为橡胶部分，陶瓷部分通过热硫化工艺布局在橡胶内，
纳米陶瓷部分的重量份组成为：
工业废旧陶瓷原料 70份
纳米二氧化硅 20份
纳米碳化硅 20份
电熔镁砂 15份
纳米碳化硼 10份
纳米氧化锌 10份
纳米氧化钛 10份
炭黑 10份
钇稳定氧化锆 20份
红柱石 10份
钢化纤维 5份
PVA 3份
铝酸盐水泥 3份；
橡胶部分的重量份组成为：
废旧硅橡胶 50份
溴化丁基橡胶 50份
N660炭黑 40份
玻璃纤维 5份
活化剂 3份
PEG20000 3份；
所述工业废旧陶瓷原料含有以下组分：Al2O3 55％，SiO2 30％，MgO 10％，Fe2O31％，ZnO 2％，Na2O 1％，K2O 1％；
纳米二氧化硅的尺寸为100nm；
所述密封圈的耐磨系数为156g/cm3，常压耐压强度为640Mpa，常压抗折强度为630Mpa，耐最高使用温度为1690℃，导热系数为31w/(m·k)。
制备工艺如下：
(1)将陶瓷原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1h，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，进行二次球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1h，将球磨后的浆料置于模具中，用10Mpa的压力等静压压制成型、得到生坯，随后在800℃下对生坯进行素烧30min，得到陶瓷坯体；
(2)将橡胶原料进行破碎、研磨混合，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，得到均一的橡胶原料；
(3)将橡胶原料经过高压注塑机注入到陶瓷坯体中，随后在硫化罐中进行硫化6h，硫化温度为230℃；
(4)经过常规后处理得到耐磨损陶瓷密封圈。
对比例1：
一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法，该密封圈分为两部分，内部为陶瓷部分，外部为橡胶部分，陶瓷部分通过热硫化工艺布局在橡胶内，
纳米陶瓷部分的重量份组成为：
工业废旧陶瓷原料 50份
二氧化硅 30份
碳化硅 20份
电熔镁砂 15份
碳化硼 10份
氧化锌 10份
氧化钛 10份
炭黑 10份
钇稳定氧化锆 20份
红柱石 10份
钢化纤维 5份
PVA 3份
铝酸盐水泥 3份；
橡胶部分的重量份组成为：
废旧硅橡胶 40份
溴化丁基橡胶 50份
N660炭黑 40份
玻璃纤维 5份
活化剂 3份
PEG20000 3份；
所述工业废旧陶瓷原料含有以下组分：Al2O3 55％，SiO2 30％，MgO 10％，Fe2O31％，ZnO 2％，Na2O 1％，K2O 1％；
纳米二氧化硅的尺寸为100nm；
所述密封圈的耐磨系数为100g/cm3，常压耐压强度为400Mpa，常压抗折强度为500Mpa，耐最高使用温度为1480℃，导热系数为23w/(m·k)。
制备工艺如下：
(1)对工业废旧陶瓷原料进行常规破碎，除杂，再将其与其他陶瓷原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1h，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，进行二次球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1h，将球磨后的浆料置于模具中，用10Mpa的压力等静压压制成型、得到生坯，随后在800℃下对生坯进行素烧30min，得到陶瓷坯体；
(2)将橡胶原料进行破碎、研磨混合，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，得到均一的橡胶原料；
(3)将橡胶原料经过高压注塑机注入到陶瓷坯体中，随后在硫化罐中进行硫化5h，硫化温度为270℃；
(4)经过常规后处理得到耐磨损陶瓷密封圈。
Claims (2)
1.一种利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法，其特征在于：该密封圈分为两部分，内部为陶瓷部分，外部为橡胶部分，陶瓷部分通过热硫化工艺布局在橡胶内，陶瓷部分的重量份组成为：
工业废旧陶瓷原料 50-70份
纳米二氧化硅 10-30份
纳米碳化硅 15-20份
电熔镁砂 10-15份
纳米碳化硼 5-10份
纳米氧化锌 5-10份
纳米氧化钛 5-10份
炭黑 5-10份
钇稳定氧化锆 10-20份
红柱石 6-10份
钢化纤维 1-5份
PVA 1-3份
铝酸盐水泥 1-3份；
橡胶部分的重量份组成为：
废旧硅橡胶 40-60份
溴化丁基橡胶 20-40份
N660炭黑 20-40份
碳纤维 3-5份
活化剂 1-3份
PEG20000 1-3份；
所述密封圈的耐磨系数为130-160g/cm3，常压耐压强度为500-650MPa，常压抗折强度为550-650MPa，耐最高使用温度在1690℃～1800℃，导热系数为22-32w/(m·k)；
制备工艺如下：
(1)对工业废旧陶瓷原料进行常规破碎，除杂，再将其与其他陶瓷原料按比例混合后，进行球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1-3h，得到混合均一的浆料，通过过筛、喷雾造粒后，进行二次球磨，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，通过球磨1-3h，将球磨后的浆料置于模具中，用10-20MPa的压力等静压压制成型、得到生坯，随后在800～830℃下对生坯进行素烧30-40min，得到陶瓷坯体；
(2)将橡胶原料进行破碎、研磨混合，球磨介质为纯净水，磨球为氧化铝磨球，得到均一的橡胶原料；
(3)将橡胶原料经过高压注塑机注入到陶瓷坯体中，随后在硫化罐中进行硫化6h，硫化温度为250℃；
(4)经过常规后处理得到耐磨损陶瓷密封圈。
2.一种如权利要求1所述的利用废旧原料制备陶瓷密封圈的方法，其特征在于所述纳米二氧化硅的尺寸为80-100nm。
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