CN105972211A - 一种碳纤维包芯纱包覆密封垫片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维包芯纱包覆密封垫片,包括两层混合垫料层、位于两层混合垫料层之间的增强纤维层和包覆在密封垫片外侧的碳纤维包芯纱层。本发明使用了聚四氟乙烯、丁晴橡胶、石墨、天然橡胶、焦炭粉、蛭石粉、重晶石粉、芳纶纤维、玻璃纤维,因此具有摩擦系数很低、高温稳定性很好、耐热震性很好、强度很高、导热系数很高、膨胀系数较低、电阻率很大、耐腐蚀、可透微波或透红外线等优点,且天然橡胶具有较高的弹性,因此本发明的密封垫片具有较好的弹性和可塑性,本发明的密封垫片在外围包覆有碳纤维包芯纱层,因此具有较强的耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐磨损的特性,并且密封垫片进过硫化处理,使其不易老化,经久耐用。
Description
技术领域
本发明涉及一种密封材料,尤其是涉及一种碳纤维包芯纱包覆密封垫片及其制备方法。
背景技术
现有技术中,申请号为CN200910094494. 3 名称为《一种密封垫片用抄取板材的制备方法》的中国发明专利涉及一种制造密封垫片的方法,特别是属于不含石棉纤维的密封垫片用抄取板材的制备方法,密封材料领域。该发明抄取板材的主要组份为矿物棉纤维、纤维素纤维、芳香族聚眈肢纤维、橡胶粘结剂和高岭土,混和成含水分散体系,采用造纸的工艺逐渐脱水成层,然后经过压缩、干燥和硫化,制造成抄取板材成品。用该板材制得的密封垫片,其抗拉强度、压缩回弹性能、耐介质性能及密封性能等与抄取石棉密封垫片相当,完全可以替代石棉板制作垫片等密封材料。但是,该密封垫片通过逐渐脱水成层,还需要经过压缩和干燥,制作工艺繁琐,操作不方便,而且该密封垫片的配方中以矿物棉纤维为主要原料,纤维的时磨性和耐腐蚀性不高,柔韧性不强,因此生产出来的密封垫片不耐磨损,使用寿命不长,所以,该发明有待于进一步改进。
软填料密封是在轴与壳体之间充填编织的软填料密封件,又称做盘根,通常由较柔软的线状物编织而成,通常截面积是正方形或长方形、圆形的条状物填充在密封腔体内,从而实现密封。填料密封最早是以棉麻等纤维塞在泄漏通道内来阻止液流泄漏,主要用作提水机械的轴封。由于填料来源广泛,加工容易,价格低廉,密封可靠,操作简单,所以沿用至今。如今盘根被广泛用于离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机和船舶螺旋桨的转轴密封、活塞泵、往复式压缩机、制冷机的往复运动轴封,以及各种阀门阀杆的旋动密封等。
密封填料,通常由较柔软的线状物编织而成,通过截面积是正方形的条状物填充在密封腔体内,从而实现密封。
在软填料密封材料中,石棉以其优异的综合性能和良好的可纺性,而具有较长的使用历史,但由于石棉又是一种危及人体健康和生态环境的产品,因而在世界范围内被禁用。
因而,人们开发出了以石墨、各种纤维为主要材料,根据不同的要求,采用碳纤维、铜丝、304、316L、茵苛镍合金丝等材料加强。
但是碳纤维质地轻、表面光滑,容易散丝,可纺性能较差。
随着技术水平的发展,人们对与软填料密封材料的要求进一步提高,对耐酸碱腐蚀性、耐高温性能、耐疲劳性能、结构的稳定性和密封性要求进一步提高。为此需要开发轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好的填料密封编织基材。
发明内容
本发明所要解决的问题是,针对上述现有技术中的缺点,提出创新方案,尤其是一种能够提高密封材料耐酸、耐碱、耐腐蚀的性能,且具有较强的抗磨损性能的一种结构简单、价格低廉、制备方法安全污染的密封垫片及其制备方法。
为解决上述问题,本发明采用的方案如下:一种碳纤维包芯纱包覆密封垫片,其特征在于,包括两层混合垫料层、位于两层混合垫料层之间的增强纤维层和包覆在密封垫片外侧的碳纤维包芯纱层;所述混合垫料层包括聚四氟乙烯、丁晴橡胶、石墨、天然橡胶、焦炭粉、蛭石粉、重晶石粉、芳纶纤维、玻璃纤维;所述增强纤维层由混合纤维合股纱按照平纹组织编织组成;所述混合纤维合股纱由芳纶纤维、玻璃纤维和碳纤维按照1:1:1混纺组成;所述碳纤维包芯纱层由碳纤维包芯纱按照平纹组织编织组成;所述碳纤维包芯纱由内心层和皮层组成;所述内心层包括玻璃纤维束和缠绕其上的金属丝;所述皮层为膨体碳纤维;所述膨体碳纤维均匀地缠绕在金属丝和玻璃纤维束的外侧。
进一步,根据上述设计方案所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片,所述膨体碳纤维按S50~S100的捻向捻度均匀地缠绕在金属丝和玻璃纤维束外侧。
进一步,根据上述设计方案所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片,所述混合垫料层各组分重量比为聚四氟乙烯:丁晴橡胶:石墨:天然橡胶:焦炭粉:蛭石粉:重晶石粉:芳纶纤维:玻璃纤维=2:2:3:3:2:1:1:2:3。
进一步,根据上述设计方案所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片,所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的四周设有包边。
进一步,根据上述设计方案所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,包括以下步骤:
(1)配料混合:将聚四氟乙烯、丁晴橡胶、石墨、天然橡胶、焦炭粉、蛭石粉、重晶石粉、芳纶纤维、玻璃纤维按照2:2:3:3:2:1:1:2:3放入高速搅拌机中搅拌7-12分钟,高速搅拌机的搅拌速率为3000-3500转/min,制得混合物料备用;
(2)碳纤维包芯纱层:将硅烷偶联剂和抗静电剂按照1:1的比例配比制备复合成型剂,将玻璃纤维束放入复合成型剂浸润2-3分钟,取出滴干,然后在其上均匀的缠绕金属丝,再将膨体碳纤维按S50~S100的捻向捻度均匀地缠绕在金属丝和玻璃纤维束外侧;最后用平纹组织法将碳纤维包芯纱编织成碳纤维包芯纱层;
(3)增强纤维层:取芳纶纤维、玻璃纤维和碳纤维按照1:1:1混纺成混合纤维合股纱,再将混合纤维合股纱用平纹组织法编织成增强纤维层;
(4)压片:将碳纤维包芯纱层铺设在压片机的模具底层,在其上铺设2-6毫米厚混合物料,然后在其上铺设增强纤维层,接着在增强纤维层上铺设2-6毫米厚混合物料,最后在混合物料上铺设碳纤维包芯纱层;然后在常温下逐渐将压力升至25-35MPa,压片260-350秒,制得半成品密封材料;
(5)硫化:将步骤(4)所得半成品密封材料送入硫化机中,在180-220摄氏度的温度条件下进行硫化,硫化20-40分钟,得到半成品硫化密封材料;
(6)冲压成型:将步骤(5)硫化后的半成品硫化密封材料送入冲压成型机中,冲压成所需密封垫片,即得成品。
进一步,根据上述设计方案所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,所述步骤(1)中搅拌时间为10分钟,搅拌速率为3300转/min。
进一步,根据上述设计方案所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,所述步骤(2)中膨体碳纤维按S80的捻向捻度均匀地缠绕在金属丝和玻璃纤维束外侧。
进一步,根据上述设计方案所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,所述步骤(4)中压片压力为30MPa,压片时间为300秒。
进一步,根据上述设计方案所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,所述步骤(5)中硫化温度为200摄氏度,硫化时间为30分钟。
本发明的技术效果如下:本发明的碳纤维包芯纱包覆密封垫片,包括两层混合垫料层、位于两层混合垫料层之间的增强纤维层和包覆在密封垫片外侧的碳纤维包芯纱层。本发明使用了聚四氟乙烯、丁晴橡胶、石墨、天然橡胶、焦炭粉、蛭石粉、重晶石粉、芳纶纤维、玻璃纤维,因此具有摩擦系数很低、高温稳定性很好、耐热震性很好、强度很高、导热系数很高、膨胀系数较低、电阻率很大、耐腐蚀、可透微波或透红外线等优点,且天然橡胶具有较高的弹性,因此本发明的密封垫片具有较好的弹性和可塑性,本发明的密封垫片在外围包覆有碳纤维包芯纱层,因此具有较强的耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐磨损的特性,并且密封垫片进过硫化处理,使其不易老化,经久耐用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例:碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,包括以下步骤:
(1)配料混合:将聚四氟乙烯、丁晴橡胶、石墨、天然橡胶、焦炭粉、蛭石粉、重晶石粉、芳纶纤维、玻璃纤维按照2:2:3:3:2:1:1:2:3放入高速搅拌机中搅拌7-12分钟,高速搅拌机的搅拌速率为3000-3500转/min,制得混合物料备用;
(2)碳纤维包芯纱层:将硅烷偶联剂和抗静电剂按照1:1的比例配比制备复合成型剂,将玻璃纤维束放入复合成型剂浸润2-3分钟,取出滴干,然后在其上均匀的缠绕金属丝,再将膨体碳纤维按S50~S100的捻向捻度均匀地缠绕在金属丝和玻璃纤维束外侧;最后用平纹组织法将碳纤维包芯纱编织成碳纤维包芯纱层;
(3)增强纤维层:取芳纶纤维、玻璃纤维和碳纤维按照1:1:1混纺成混合纤维合股纱,再将混合纤维合股纱用平纹组织法编织成增强纤维层;
(4)压片:将碳纤维包芯纱层铺设在压片机的模具底层,在其上铺设2-6毫米厚混合物料,然后在其上铺设增强纤维层,接着在增强纤维层上铺设2-6毫米厚混合物料,最后在混合物料上铺设碳纤维包芯纱层;然后在常温下逐渐将压力升至25-35MPa,压片260-350秒,制得半成品密封材料;
(5)硫化:将步骤(4)所得半成品密封材料送入硫化机中,在180-220摄氏度的温度条件下进行硫化,硫化20-40分钟,得到半成品硫化密封材料;
(6)冲压成型:将步骤(5)硫化后的半成品硫化密封材料送入冲压成型机中,冲压成所需密封垫片,即得成品。
Claims (9)
1.一种碳纤维包芯纱包覆密封垫片,其特征在于,包括两层混合垫料层、位于两层混合垫料层之间的增强纤维层和包覆在密封垫片外侧的碳纤维包芯纱层;所述混合垫料层包括聚四氟乙烯、丁晴橡胶、石墨、天然橡胶、焦炭粉、蛭石粉、重晶石粉、芳纶纤维、玻璃纤维;所述增强纤维层由混合纤维合股纱按照平纹组织编织组成;所述混合纤维合股纱由芳纶纤维、玻璃纤维和碳纤维按照1:1:1混纺组成;所述碳纤维包芯纱层由碳纤维包芯纱按照平纹组织编织组成;所述碳纤维包芯纱由内心层和皮层组成;所述内心层包括玻璃纤维束和缠绕其上的金属丝;所述皮层为膨体碳纤维;所述膨体碳纤维均匀地缠绕在金属丝和玻璃纤维束的外侧。
2.根据权利要求1所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片,其特征在于,所述膨体碳纤维按S50~S100的捻向捻度均匀地缠绕在金属丝和玻璃纤维束外侧。
3.根据权利要求1所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片,其特征在于,所述混合垫料层各组分重量比为聚四氟乙烯:丁晴橡胶:石墨:天然橡胶:焦炭粉:蛭石粉:重晶石粉:芳纶纤维:玻璃纤维=2:2:3:3:2:1:1:2:3。
4.根据权利要求1所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片,其特征在于,所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的四周设有包边。
5.根据权利要求1所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)配料混合:将聚四氟乙烯、丁晴橡胶、石墨、天然橡胶、焦炭粉、蛭石粉、重晶石粉、芳纶纤维、玻璃纤维按照2:2:3:3:2:1:1:2:3放入高速搅拌机中搅拌7-12分钟,高速搅拌机的搅拌速率为3000-3500转/min,制得混合物料备用;
(2)碳纤维包芯纱层:将硅烷偶联剂和抗静电剂按照1:1的比例配比制备复合成型剂,将玻璃纤维束放入复合成型剂浸润2-3分钟,取出滴干,然后在其上均匀的缠绕金属丝,再将膨体碳纤维按S50~S100的捻向捻度均匀地缠绕在金属丝和玻璃纤维束外侧;最后用平纹组织法将碳纤维包芯纱编织成碳纤维包芯纱层;
(3)增强纤维层:取芳纶纤维、玻璃纤维和碳纤维按照1:1:1混纺成混合纤维合股纱,再将混合纤维合股纱用平纹组织法编织成增强纤维层;
(4)压片:将碳纤维包芯纱层铺设在压片机的模具底层,在其上铺设2-6毫米厚混合物料,然后在其上铺设增强纤维层,接着在增强纤维层上铺设2-6毫米厚混合物料,最后在混合物料上铺设碳纤维包芯纱层;然后在常温下逐渐将压力升至25-35MPa,压片260-350秒,制得半成品密封材料;
(5)硫化:将步骤(4)所得半成品密封材料送入硫化机中,在180-220摄氏度的温度条件下进行硫化,硫化20-40分钟,得到半成品硫化密封材料;
(6)冲压成型:将步骤(5)硫化后的半成品硫化密封材料送入冲压成型机中,冲压成所需密封垫片,即得成品。
6.根据权利要求5所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中搅拌时间为10分钟,搅拌速率为3300转/min。
7.根据权利要求5所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中膨体碳纤维按S80的捻向捻度均匀地缠绕在金属丝和玻璃纤维束外侧。
8.根据权利要求5所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中压片压力为30MPa,压片时间为300秒。
9.根据权利要求5所述碳纤维包芯纱包覆密封垫片的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)中硫化温度为200摄氏度,硫化时间为30分钟。
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