CN107339429B - 一种耐磨盘根及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种耐磨盘根，由如下重量百分数的原料制备而成：碳纤维/氮化硼复合材料10‑15％；腈纶30‑40％；弹性体SBS 30‑45％；表面修饰的氧化铅8‑20％。同时提出该耐磨盘根的制备方法。一种耐磨盘根的制备方法，相比于现有技术，制造工艺简单、原料易得、容易操作、对设备的要求不高，成本低廉等诸多优点，所制备得到的盘根具有耐磨、耐高温、密封性能优异的优点。

Description

一种耐磨盘根及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种密封材料及其制备方法，尤其涉及一种耐磨盘根及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，人们对各种机械如离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机、船舶螺旋桨、活塞泵、往复式压缩机、制冷机等的密封性能要求也越来越高。在这些机械的密封材料中广泛应用的是一类由较柔软的线状物编织而成、通过填充在密封腔体内实现密封的密封材料，这类密封材料被称之为盘根，其具有填料来源广泛、价格低廉、操作简单、加工容易和密封可靠等优点。
目前的盘根多由单一氟塑料、石棉橡胶板或有机硅橡胶制备而成，这些材料仅在某些方向有强度，而且易老化、抗蠕变性能差、使用寿命短。作为对这些材料的改进，现有技术中公开了在这些材料里面掺杂无机材料来优化盘根各种性能，但公开的材料中常出现蠕变高、柔软性能差、导热性差、耐磨性差、在使用过程之中由于摩擦生热而产生局部高温老化的现象，填料会出现不同程度的磨损，且无自补偿性的问题，极大的降低了其使用寿命。
中国专利申请200410073310.2提出了一种光杆密封盘根环总成，包括以纤维编织的方绳为主体和复合浸渍液组合物为辅助成份组成光杆密封盘根，所述的以纤维编织的方绳为主体的所用纤维包括：芳纶纤维、碳纤维、涤纶、锦纶、尼龙、高分子量聚乙烯纤维；所述的复合浸渍液组合物按质量比包括：聚四氟乙烯50～60％，石墨粉1～5％，润滑油5～8％，乳化剂1.5～3％，热塑性弹性体4～7％，水25～35。该配方制备而成的盘根的密封性能好、使用寿命长，然而其耐磨性仍有不足。
因此，有必要研制出耐磨、耐高温、密封性能优异的耐磨盘根及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨盘根及其制备方法。
本发明采用以下技术方案：一种耐磨盘根，由如下重量百分数的原料制备而成：碳纤维/氮化硼复合材料10-15％；腈纶30-40％；弹性体SBS 30-45％；表面修饰的氧化铅8-20％。
同时提出一种耐磨盘根的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：将弹性体SBS、腈纶放入开炼机进行混炼，开炼机的辊距调至1.5mm，加入表面修饰的氧化铅，带包辊后，再加入碳纤维/氮化硼复合材料，分别打三角包和打卷各5-10次得到胶料，出片停放待用；
步骤S2：将经步骤S1制备得到的胶料在二辊压延机上压延，辊温80-150℃；再在150-200℃下在拉伸机上进行拉伸定型；
步骤S3：采用编织机编织盘根。
作为本发明的进一步改进，所述碳纤维/氮化硼复合材料的制备方法，是通过如下步骤实现的：
步骤D1：原位聚合：在超声条件下将纳米氮化硼分散在三氯甲烷中，待纳米氮化硼在三氯甲烷中形成无定型的悬浮液后，再于搅拌条件下向上述悬浮液中加入丙烯腈和安息香乙醚，在波长为220nm的紫外光照射下反应30-40分钟，完毕后经过减压蒸馏除去三氯甲烷并干燥即可；
步骤D2：碳纤维/氮化硼复合材料的制备：将步骤D1中制备得到的产物先在空气中250-320℃温度下加热30-70分钟；然后在氮气氛围下中加热至1300-1500℃，维持10-15分钟，最后在高纯氩气氛围下加热至2200-2600℃，维持20-40秒钟即可。
作为本发明的进一步改进，所述步骤D1中所述纳米氮化硼、三氯甲烷、丙烯腈和安息香乙醚的质量比为：5:(20-35):1:0.01。
作为本发明的进一步改进，所述表面修饰的氧化铅的制备方法，是通过如下步骤实现的：将甲基高沸乙氧基硅油加入到悬浮有氧化铅的氯仿中，在氮气气氛下，在90-110℃下回流搅拌20-40h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗3-5次后，在60-80℃下干燥15-26h，得到表面修饰的氧化铅。
作为本发明的进一步改进，所述氧化铅、氯仿、甲基高沸乙氧基硅油的质量比为：1:(4-7):1。
一种耐磨盘根的制备方法，相比于现有技术，制造工艺简单、原料易得、容易操作、对设备的要求不高，成本低廉等诸多优点，所制备得到的盘根具有耐磨、耐高温、密封性能优异的优点。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中所使用的原料来自于上海泉昕进出口贸易有限公司。
实施例1
一种耐磨盘根材料，是由如下重量百分数的原料制备而成的：
其中，碳纤维/氮化硼复合材料的制备方法，是通过如下步骤实现的：
步骤D1:原位聚合：在超声条件下将纳米氮化硼50g分散在三氯甲烷200g中，待纳米氮化硼在三氯甲烷中形成无定型的悬浮液后，再于搅拌条件下向上述悬浮液中加入丙烯腈10g和安息香乙醚0.1g，在波长为220nm的紫外光照射下反应30分钟，完毕后经过减压蒸馏除去三氯甲烷并干燥即可；
步骤D2:碳纤维/氮化硼复合材料的制备：将步骤D1中制备得到的产物先在空气中250℃下加热30分钟；然后在氮气氛围下中加热至1300℃，维持10分钟，最后在高纯氩气氛围下加热至2200℃，维持20秒钟即可。
其中，所述表面修饰的氧化铅的制备方法，是通过如下步骤实现的：
将甲基高沸乙氧基硅油50g加入到悬浮有氧化铅50g的氯仿200g中，在氮气气氛下，在90℃下回流搅拌20h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗3次后，在60℃下干燥15h，得到表面修饰的氧化铅。
一种耐磨盘根的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：将弹性体SBS、腈纶放入开炼机进行混炼，开炼机的辊距调至1.5mm，加入表面修饰的氧化铅，带包辊后，再加入碳纤维/氮化硼复合材料，分别打三角包和打卷各5次得到胶料，出片停放待用；
步骤S2:将经步骤S1制备得到的胶料在二辊压延机上压延，辊温80℃；再在150℃下在拉伸机上进行拉伸定型；
步骤S3：采用编织机编织盘根。
实施例2
一种耐磨盘根材料，其特征在于，是由如下重量百分数的原料制备而成的：
其中，所述碳纤维/氮化硼复合材料的制备方法，是通过如下步骤实现的：
步骤D1：原位聚合：在超声条件下将纳米氮化硼50g分散在三氯甲烷250g中，待纳米氮化硼在三氯甲烷中形成无定型的悬浮液后，再于搅拌条件下向上述悬浮液中加入丙烯腈10g和安息香乙醚0.1g，在波长为220nm的紫外光照射下反应35分钟，完毕后经过减压蒸馏除去三氯甲烷并干燥即可；
步骤D2：碳纤维/氮化硼复合材料的制备：将步D1中制备得到的产物先在空气中270℃下加热40分钟；然后在氮气氛围下中加热至1400℃，维持12分钟，最后在高纯氩气氛围下加热至2300℃，维持30秒钟即可。
其中，所述表面修饰的氧化铅的制备方法，是通过如下步骤实现的：
将甲基高沸乙氧基硅油50g加入到悬浮有氧化铅50g的氯仿250g中，在氮气气氛下，在95℃下回流搅拌30h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗4次后，在65℃下干燥18h，得到表面修饰的氧化铅。
一种耐磨盘根的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：将弹性体SBS、腈纶放入开炼机进行混炼，开炼机的辊距调至1.5mm，加入表面修饰的氧化铅，带包辊后，再加入碳纤维/氮化硼复合材料，分别打三角包和打卷各7次得到胶料，出片停放待用；
步骤S2：将经步骤S1制备得到的胶料在二辊压延机上压延，辊温90℃；再在180℃下在拉伸机上进行拉伸定型；
步骤S3：采用编织机编织盘根。
实施例3
一种耐磨盘根材料，其特征在于，是由如下重量百分数的原料制备而成的：
其中，所述碳纤维/氮化硼复合材料的制备方法，是通过如下步骤实现的：
步骤D1：原位聚合：在超声条件下将纳米氮化硼50g分散在三氯甲烷300g中，待纳米氮化硼在三氯甲烷中形成无定型的悬浮液后，再于搅拌条件下向上述悬浮液中加入丙烯腈10g和安息香乙醚0.1g，在波长为220nm的紫外光照射下反应37分钟，完毕后经过减压蒸馏除去三氯甲烷并干燥即可；
步骤D2：碳纤维/氮化硼复合材料的制备：将步骤D1中制备得到的产物先在空气中300℃下加热50分钟；然后在氮气氛围下中加热至1400℃，维持15分钟，最后在高纯氩气氛围下加热至2450℃，维持35秒钟即可。
其中，所述表面修饰的氧化铅的制备方法，是通过如下步骤实现的：
将甲基高沸乙氧基硅油50g加入到悬浮有氧化铅50g的氯仿300g中，在氮气气氛下，在105℃下回流搅拌34h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗5次后，在76℃下干燥24h，得到表面修饰的氧化铅。
一种耐磨盘根的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：将弹性体SBS、腈纶放入开炼机进行混炼，开炼机的辊距调至1.5mm，加入表面修饰的氧化铅，带包辊后，再加入碳纤维/氮化硼复合材料，分别打三角包和打卷各8次得到胶料，出片停放待用；
步骤S2：将经步骤S1制备得到的胶料在二辊压延机上压延，辊温120℃；再在190℃下在拉伸机上进行拉伸定型；
步骤S3：采用编织机编织盘根。
实施例4
一种耐磨盘根材料，其特征在于，是由如下重量百分数的原料制备而成的：
其中，所述碳纤维/氮化硼复合材料的制备方法，是通过如下步骤实现的：
步骤D1：原位聚合：在超声条件下将纳米氮化硼50g分散在三氯甲烷350g中，待纳米氮化硼在三氯甲烷中形成无定型的悬浮液后，再于搅拌条件下向上述悬浮液中加入丙烯腈10g和安息香乙醚0.1g，在波长为220nm的紫外光照射下反应40分钟，完毕后经过减压蒸馏除去三氯甲烷并干燥即可；
步骤D2：碳纤维/氮化硼复合材料的制备：将步骤D1中制备得到的产物先在空气中320℃下加热70分钟；然后在氮气氛围下中加热至1500℃，维持15分钟，最后在高纯氩气氛围下加热至2600℃，维持40秒钟即可。
其中，所述表面修饰的氧化铅的制备方法，是通过如下步骤实现的：
将甲基高沸乙氧基硅油50g加入到悬浮有氧化铅50g的氯仿350g中，在氮气气氛下，在110℃下回流搅拌40h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗5次后，在80℃下干燥26h，得到表面修饰的氧化铅。
一种耐磨盘根的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：将弹性体SBS、腈纶放入开炼机进行混炼，开炼机的辊距调至1.5mm，加入表面修饰的氧化铅，带包辊后，再加入碳纤维/氮化硼复合材料，分别打三角包和打卷各10次得到胶料，出片停放待用；
步骤S2：将经步骤S1制备得到的胶料在二辊压延机上压延，辊温150℃；再在200℃下在拉伸机上进行拉伸定型；
步骤S3：采用编织机编织盘根。
对上述实施例所制备得到的盘根的性能进行测试，结果如下，各实施例性能测试使用压力为：泵3Mpa、往返轴15Mpa、阀25Mpa，线速度2-25m/s。
表1本发明各实施例性能测试结果
项目 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
摩擦系数 HG/T2729-1995 ≤0.11 ≤0.1 ≤0.12 ≤0.1
压缩率 GB/T12622 15％ 14％ 12％ 10％
回弹率 GB/T12622 ≥34％ ≥32％ ≥35％ ≥35％
耐温失重 GB/T27761-2011 ≤8％ ≤9％ ≤7％ ≤9％
据上述表1可知，本发明各实施例制备得到的盘根具有较优异的耐磨性、热稳定性和低蠕变性能，满足高速动态密封材料使用要求。
各实施例制备得到的耐磨盘根具有如此优异的性能，其原因在于：作为增强和自润滑作用的无机粒子氧化铅表面修饰有乙氧基硅油，一方面能增强无机粒子与有机成分间的粘结，在一定程度上降低无机粒子的团聚，使得盘根具有较好的耐高温、耐候性和抗老化性能；另一方面，有机硅油具有自润滑作用，能进一步减少摩擦磨损，延长盘根使用寿命；碳纤维/氮化硼复合材料的加入能提高盘根的耐磨性、自润滑性、使得各组分粘结紧密，使得盘根结构紧凑，提高其密封性能；加入了SBS弹性体和腈纶，能保证盘根弹性，增强盘根韧性和力学性能。
一种耐磨盘根的制备方法，相比于现有技术，制造工艺简单、原料易得、容易操作、对设备的要求不高，成本低廉等诸多优点，所制备得到的盘根具有耐磨、耐高温、密封性能优异的优点。
上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。

Claims (4)

1.一种耐磨盘根的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：将弹性体SBS、腈纶放入开炼机进行混炼，开炼机的辊距调至1.5mm，加入表面修饰的氧化铅，带包辊后，再加入碳纤维/氮化硼复合材料，分别打三角包和打卷各5-10次得到胶料，出片停放待用；
步骤S2：将经步骤S1制备得到的胶料在二辊压延机上压延，辊温80-150℃；再在150-200℃下在拉伸机上进行拉伸定型；步骤S3：采用编织机编织盘根；
耐磨盘根由如下重量百分数的原料制备而成：碳纤维/氮化硼复合材料10-15％；腈纶30-40％；弹性体SBS 30-45％；表面修饰的氧化铅8-20％；
所述碳纤维/氮化硼复合材料的制备方法，是通过如下步骤实现的：
步骤D1：原位聚合：在超声条件下将纳米氮化硼分散在三氯甲烷中，待纳米氮化硼在三氯甲烷中形成无定型的悬浮液后，再于搅拌条件下向上述悬浮液中加入丙烯腈和安息香乙醚，在波长为220nm的紫外光照射下反应30-40分钟，完毕后经过减压蒸馏除去三氯甲烷并干燥即可；
步骤D2：碳纤维/氮化硼复合材料的制备：将步骤D1中制备得到的产物先在空气中250-320℃温度下加热30-70分钟；然后在氮气氛围下中加热至1300-1500℃，维持10-15分钟，最后在高纯氩气氛围下加热至2200-2600℃，维持20-40秒钟即可。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨盘根的制备方法，其特征在于：所述步骤D1中所述纳米氮化硼、三氯甲烷、丙烯腈和安息香乙醚的质量比为：5:(20-35):1:0.01。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨盘根的制备方法，其特征在于：所述表面修饰的氧化铅的制备方法，是通过如下步骤实现的：将甲基高沸乙氧基硅油加入到悬浮有氧化铅的氯仿中，在氮气气氛下，在90-110℃下回流搅拌20-40h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗3-5次后，在60-80℃下干燥15-26h，得到表面修饰的氧化铅。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨盘根的制备方法，其特征在于：所述氧化铅、氯仿、甲基高沸乙氧基硅油的质量比为：1:(4-7):1。
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