CN108659290A - 一种增强复合橡胶材料滤板材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型耐压、耐腐蚀性、密封性好的压滤机增强复合橡胶滤板材料及滤板的制备方法，其制备方法首先是对石墨粉和纤维表面活化覆胶处理，经表面处理的石墨粉和纤维高速混合成石墨混料加入到水性表面处理溶剂分散混合后加入天然胶浆搅拌脱液、真空干燥覆胶纤维后备用。其次进行混炼：将橡胶分别塑炼再混炼均匀，再顺序加入表面处理过的纤维、防焦剂促进剂等小料、石墨、炭黑、加工助剂、硫化剂进行混炼，混炼均匀的胶料进行薄通拉片待用。再次，将焊接并表面处理好的钢骨架与纤维增强胶片在硫化机上模具中进行高温高压复合、硫化成型，本发明压滤机滤板性能优良，寿命长，并扩大了压滤机应用范围。

Description

一种增强复合橡胶材料滤板材料

技术领域

本发明涉及固液分离设备压滤机的核心部件滤板制造领域，具体涉及一种能广泛应用于化工、环保、冶金等各行业耐高温、耐压、耐腐蚀性压滤机滤板材料及制备方法以及滤板的制备方法。

背景技术

现在常用的压滤机滤板材料主要由聚丙烯及其改性材料组成，在化工、环保等行业大批量固液分离中明显表现环境温度适应性不强，密封性差、运行中经常会出现滤板破碎或开裂现象，在大批量处理固液分离过滤中直接影响生产的连续性及导致生产环境的二次污染，具有使用寿命短、维护成本高等缺点。对于部分使用的普通复合橡胶板的耐压性及抗老化、抗疲劳、耐热性等方面有明显不足。针对这种情况，国内外开始研究开发新型增强高强度结构复合材料来用作压滤机滤板材料，解决目前压滤机分离核心部件滤板耐压强度、抗疲劳、耐老化、密封性好、环境适应性强等直接影响压滤机使用寿命、分离效率及维护成本问题。研发新型增强橡胶材料作为制作滤板的主体复合材料，我们发现由于纤维材料对橡胶具有补强效果，通过纤维有效的表面处理和混合方法，可以将其分散到橡胶中，将橡胶的柔性和纤维的刚性有机结合在一起。赋予复合橡胶材料的保持独特的弹性、高模量、高硬度、耐撕裂、耐穿刺、抗疲劳、耐老化、抗溶胀抗蠕变、压缩变形小等优点。通过研究发现石墨材料与其他矿物基材料相比具有优异的耐热、耐腐蚀和增强性能，因而将成为新型橡胶复合材料改性的重要新材料。

目前已有一些对于石墨改性聚丙烯及橡胶材料的研究、开发和专利文献报道，作为一种新材料研究探索和新产品开发，已成功的用石墨改性聚丙烯列管式反应釜替代搪玻璃反应釜，以及研发石墨改性聚丙烯作为化工反应塔板、热交换器、散热器及石墨改性聚丙烯滤板等，使聚丙烯的传热、导电等性能得到改善。在天然胶等改性方面也只是进行了探索性研究试验。但尚未发现作为压滤机改性在高压高温结构性氯丁橡胶纤维增强复合材料及滤板方面的研究应用尚属空白。由于聚丙烯材料和普通的改性橡胶材料所持有性能的局限性，导致了现行的滤板在耐热性、耐腐蚀性和耐高压及低温环境下等较高要求下进行废液或原料固液压滤分离中其性能明显的不适应，影响了其工作效率、使用寿命及应用范围，同时生产成本也较高，满足不了用户的新需求。

发明内容

为了实现克服现有压滤机滤板性能的不足，本发明提供了一种纤维/石墨增强改性的新型高性能复合橡胶材料滤板及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种增强复合橡胶材料滤板材料，其特征在于：按质量份数包括以下组分：氯丁橡胶70-85份、天然胶15-30 份、纤维 5-20份、石墨粉5-15份、炭黑40-60份、表面处理剂0.5-3份、防老剂1.5-3份、硫化剂3--5份，硫化促进剂3-6份，活性剂ZnO1-2份、加工助剂古马隆5-10份。

所述纤维为尼龙或聚酯纤维。

所述表面处理剂0.5-3份包括：硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂、水性丙烯酸类交联剂和马来酸酐相容剂，硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂、水性丙烯酸类交联剂、马来酸酐相容剂的质量比为2：3：1,其中硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂包括：稀土铝酸脂复合偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷基偶联剂，稀土铝酸脂复合偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷基偶联剂的质量比为1：1：1。

所述防老剂为二芳基仲胺类。

所述硫化剂包括质量份数为硫磺0.2-0.8份、氧化镁2.2-4.8份。

所述硫化促进剂采用促进剂M、促进剂DM、促进剂NA-22三种中任意两种以上按质量比1:1选取。

所述石墨粉为1-4μm。

所述水性丙烯酸类交联剂为丙烯酸胶。

一种增强复合橡胶材料滤板的制备方法，包括以下步骤：

（1）按质量配比称取各原料；

（2）将总重2/3的石墨粉进行高速热搅拌，将总重1/2的硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂投入石墨粉中并混合，在热搅拌状态下采用硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂进行表面处理后出料；

（3）将纤维干燥，并加入总重1/3的石墨粉、马来酸酐相溶剂和总重1/2的硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂进行表面处理在高速混合机中混合后，热风循环下烘干；

（4）将步骤（3）经过表面处理后的纤维石墨混合粉加入丙烯酸胶乳液容器中，进行搅拌至分散均匀成纤维水性混合液，然后将由0.1-0.5份的天然胶采用质量1.5-2倍汽油溶剂混合配置的天然胶浆投入纤维水性混合液中，继续进行搅拌至水油混合，静放沉淀、过滤脱液、水洗、干燥制备表面覆胶处理干燥的纤维备用；

（5）分别将氯丁橡胶和剩余的天然胶进行塑炼，然后进行混炼均匀，顺序加入步骤（4）表面覆胶处理干燥的纤维、步骤（2）表面处理的石墨粉进行混炼、加入防老剂、硫化促进剂、炭黑和加工助剂古马隆、最后加入硫化剂及活性剂ZnO，混炼均匀后薄通、拉片制备胶皮；

（6)）将步骤（5）中胶片覆在焊接并表面使用胶黏剂处理的钢板骨架一侧，然后放入已经填入其胶片的滤板模具中；模具中的复合胶板料在大型硫化机上经过高压和蒸气加热硫化成型，毛坯滤板表面整理成滤板成品。

所述步骤（2）中热搅拌加热在高速混合机中进行，石墨粉热搅拌加热的温度为60-90℃，高速混合时间为10-20min；投放硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂时石墨粉温度为85-100℃，表面处理温度为100-135℃，时间10-20min。

所述步骤（3）高速混合温度100-110℃，时间为8-15min，热风温度80-90℃。

所述丙烯酸胶乳液中丙烯酸胶含量为10-20%。

所述步骤 (4)中搅拌30-60min后至水油混合，静放沉淀20min后，过滤脱液，水洗、80-90℃下干燥备用；

干燥采用静态干燥温度为80-85℃，时间为10-24h；或干燥在混合机采用真空加热干燥，温度80-90℃下，时间为40-80min。

所述步骤（6）中滤板模压机的成型模具采用蒸汽加热，温度为140-150℃；滤板模压机工作时的成型压力为15-20MPa，压制保压时间为2.5-4h；

所述步骤（6）中滤板毛坯表面整理，为修边，进出液孔疏通加工。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用合成纤维和石墨协同改性橡胶复合材料，通过有效的对尼龙或聚酯纤维的表面偶联、交联、表面覆胶处理，处理中采用复合偶联剂及相容剂使其优化表面与复合材料体系中的有机、无机材料的黏合性；用分散剂水性丙烯酸类黏胶剂构成桥架结构，即水性胶的有机大分子部分包覆在纤维周围，其亲水基团起着分散隔离作用，避免了相互间的聚集。采用天然胶料溶解在有机溶剂油中，与水性纤维胶浆混合，其橡胶分子与纤维和丙烯酸胶的分子中极性基团产生吸附或偶联效应，在纤维表面逐步形成了橡胶包覆层。

（2）本发明采用超微石墨材料进一步强化了复合材料滤板的耐热、机械性能和耐腐蚀性的功能作用，不同程度赋予了滤板在适应高温、高压、强腐蚀条件下优异的综合特性；石墨具有改进纤维在橡胶中的分散性，发挥主体材料与改性材料及补强材料的协同增强效果。由于增强复合材料的表面层纤维在压制流动充模过程中，其承载力最大的边框表面上取向度好，形成了既有橡胶弹性回复性好保持橡胶的密封性能，又具有强有力耐压抗疲劳的骨架结构，使复合材料的耐压强度、耐疲劳性、硬度、耐热性等物理化学性能有显著的提高。

（3）本发明采用了对石墨材料和合成纤维特定的表面处理方式，结合主体复合材料中、石墨、玻纤的特性及表面效应，表面处理中优选复配使用了稀土复合铝酸酯、钛酸酯、硅烷偶联剂与马来酸酐相容剂，由于稀土复合偶联剂中的稀土具有独特的外电子层结构及较强的配位能力，不仅具有双亲偶联作用，还具有与无机石墨、无机材料炭黑或有机合成纤维配位体形成离子键，提高了主体有机材料的稳定性，并在铝酸酯、钛酸酯或硅烷偶联剂及相容剂的协同增效作用下，进一步改善了复合橡胶体系中无机材料石墨、合成纤维与橡胶有机极性间的亲和性，提高了相互间的键合力，促进了石墨/复合橡胶/纤维间/炭黑的界面化学键合和范德华力的物理结合，优化了橡胶复合材料的物理化学性能和机械性能。

（4）本发明采用增强复合橡胶材料与钢板复合，钢板表面经过打磨、刷胶处理有效与复合橡胶材料的粘合牢固。采用在高压下加热成型工艺及确保滤板的结构稳固、性能优异，在温度、压力、化学腐蚀多重用条件下具有更强的适应能力。

（5）本发明产品耐高温、高压性能增强，耐温性能、抗老化、耐腐蚀性比常规滤板由较大提高，使用范围更广，在较高工作温度、较低环境温度、较高压力条件下，滤板使用寿命长，降低了维护成本。

（6）本发明的滤板的性价比高，可多次循环覆胶利用。

综上所述，本发明的纤维增强复合橡胶材料滤板与现行普通滤板相比，具有密封性好、耐高压、高温、耐化学腐蚀、使用寿命长等优良的物理化学机械性能、环境适应性更强。在经过优化的配方组成及制备工艺条件，复合橡胶滤板耐温热变形性120-150℃，复合橡胶拉伸强度达22-38MPa，撕裂强度16-25MPa，定伸应力（100%）20-28MPa、扯断伸长率（25℃）250-400，邵氏硬度A92-96,过滤压力1-2.5MPa，其寿命能比现行滤板延长2-3年，并使压滤机扩大了应用范围，因此研究开发增强复合橡胶材料及制备其压滤机滤板，具有较大应用价值和意义，是值得推广应用的发明。

具体实施方法

下面通过具体实施例，进一步说明本发明的特点。

实施例一：

一种增强复合橡胶材料滤板材料，按质量份数包括以下组分：氯丁橡胶(寿光CR-1211)80份、天然胶(NR3#)20 份、纤维(尼龙短切长2-3mm) 15份、石墨粉(GPS-4)10份、炭黑(高耐磨N330/半补强)52份、表面处理剂2.8份、防老剂3份、硫化剂4.2份，硫化促进剂4.5份，活性剂ZnO 2份、加工助剂古马隆8份。所述纤维为尼龙或聚酯纤维。

表面处理剂2.8份包括：硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂、水性丙烯酸类交联剂和马来酸酐相容剂，硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂、水性丙烯酸类交联剂、马来酸酐相容剂的质量比为2：3：1,其中硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂包括：稀土铝酸脂复合偶联剂(DL-3)、钛酸酯偶联剂(CS-201)和硅烷基偶联剂(KH-570)，稀土铝酸脂复合偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷基偶联剂的质量比为1：1：1。防老剂为二芳基仲胺类。硫化剂包括质量份数为硫磺0.7份、氧化镁3.5份。硫化促进剂采用促进剂M、促进剂DM、促进剂NA-22三种中任意两种以上按质量比1:1选取。

石墨粉为1-4μm。水性丙烯酸类交联剂为水性丙烯酸乳胶（中纺助剂ZF-25B/38B）。

以上为未标注原材料型号均为市场常用国标合格产品。

一种增强复合橡胶材料滤板的制备方法，包括以下步骤：

（1）按上述质量配比称取各原料；

（2）将总重2/3的石墨粉在高速混合机中进行高速热搅拌，将总重1/2的硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂投入石墨粉中并混合，在热搅拌状态下采用硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂进行表面处理后出料；石墨粉热搅拌加热的温度为85℃，高速混合时间为15min；投放硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂时石墨粉温度为90℃，表面处理温度为120℃，时间15min；

（3）将纤维干燥，并加入总重1/3的石墨粉、马来酸酐相溶剂和总重1/2的硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂进行表面处理在高速混合机中混合后，高速混合温度105℃，时间为15min，热风85℃循环下烘干；

（4）将步骤（3）经过表面处理后的纤维石墨混合粉加入丙烯酸胶含量为15%的丙烯酸胶乳液容器中，进行搅拌至分散均匀成纤维水性混合液，然后将由0.3份的天然胶采用质量1.8倍汽油溶剂混合配置的天然胶浆投入纤维水性混合液中，继续进行搅拌50min后至水油混合，静放沉淀20min后，过滤脱液，水洗、85℃下干燥制备表面覆胶处理干燥的纤维备用；干燥采用静态干燥温度为85℃，时间为20h；或干燥在混合机采用真空加热干燥，温度85℃下，时间为60min；

（5）分别将氯丁橡胶和剩余的天然胶进行塑炼，然后进行混炼均匀，顺序加入步骤（4）表面覆胶处理干燥的纤维、步骤（2）表面处理的石墨粉进行混炼、加入防老剂、硫化促进剂、炭黑和加工助剂古马隆、最后加入硫化剂及活性剂ZnO，混炼均匀后薄通、拉片制备胶皮；（6）将步骤（5）中胶片覆在焊接并表面使用胶黏剂处理的钢板骨架一侧，然后放入已经填入其胶片的滤板模具中；模具中的复合胶板料在大型硫化机上经过高压和蒸气加热硫化成型，成型压力为20MPa，压制保压时间为3h，蒸汽加热温度为145℃；毛坯滤板表面整理修边，进出液孔疏通加工成滤板成品。经测试，复合橡胶滤板耐温热变形性150℃(GB/T1634)，复合橡胶拉伸强度达38MPa(GR/T1634)，撕裂强度25MPa(GB/T529)，定伸应力（100%）25MPa(GB/T528)、扯断伸长率（25℃）350(GB/T1701)，邵氏硬度A94(ISO7619-1),过滤压力2.5MPa(JB/T4333.2)。(测试方法标准均采用现行国家或国际通用标准)

实施例二：

一种增强复合橡胶材料滤板材料，按质量份数包括以下组分：氯丁橡胶70份、天然胶30份、纤维 20份、石墨粉5、炭黑60份、表面处理剂3份、防老剂2份、硫化剂5份，硫化促进剂6份，活性剂ZnO 1.5份、加工助剂古马隆10份。所述纤维为尼龙或聚酯纤维。

所述表面处理剂3份包括：硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂、水性丙烯酸类交联剂和马来酸酐相容剂，硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂、水性丙烯酸类交联剂、马来酸酐相容剂的质量比为2：3：1,其中硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂包括：稀土铝酸脂复合偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷基偶联剂，稀土铝酸脂复合偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷基偶联剂的质量比为1：1：1。所述防老剂为二芳基仲胺类。所述硫化剂包括质量份数为硫磺0.8份、氧化镁4.2份。所述硫化促进剂采用促进剂M、促进剂DM、促进剂NA-22三种中任意两种以上按质量比1:1选取。

所述石墨粉为1-4μm。所述水性丙烯酸类交联剂为丙烯酸胶。

一种增强复合橡胶材料滤板的制备方法，包括以下步骤：

（1）按上述质量配比称取各原料；

（2）将总重2/3的石墨粉在高速混合机中进行高速热搅拌，将总重1/2的硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂投入石墨粉中并混合，在热搅拌状态下采用硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂进行表面处理后出料；石墨粉热搅拌加热的温度为90℃，高速混合时间为10min；投放硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂时石墨粉温度为100℃，表面处理温度为135℃，时间10min；

（3）将纤维干燥，并加入总重1/3的石墨粉、马来酸酐相溶剂和总重1/2的硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂进行表面处理在高速混合机中混合后，高速混合温度105℃，时间为8min，热风80℃循环下烘干；

（4）将步骤（3）经过表面处理后的纤维石墨混合粉加入丙烯酸胶含量为20%的丙烯酸胶乳液容器中，进行搅拌至分散均匀成纤维水性混合液，然后将由0.5份的天然胶采用质量2倍汽油溶剂混合配置的天然胶浆投入纤维水性混合液中，继续进行搅拌60min后至水油混合，静放沉淀20min后，过滤脱液，水洗、干燥制备表面覆胶处理干燥的纤维备用；干燥采用静态干燥温度为80℃，时间为24h；或干燥在混合机采用真空加热干燥，温度80℃下，时间为80min；

（5）分别将氯丁橡胶和剩余的天然胶进行塑炼，然后进行混炼均匀，顺序加入步骤（4）表面覆胶处理干燥的纤维、步骤（2）表面处理的石墨粉进行混炼、加入防老剂、硫化促进剂、炭黑和加工助剂古马隆、最后加入硫化剂及活性剂ZnO，混炼均匀后薄通、拉片制备胶皮；

（6)）将步骤（5）中胶片覆在焊接并表面使用胶黏剂处理的钢板骨架一侧，然后放入已经填入其胶片的滤板模具中；模具中的复合胶板料在大型硫化机上经过高压和蒸气加热硫化成型，成型压力为18MPa，压制保压时间为4h，蒸汽加热温度为140℃；毛坯滤板表面整理修边，进出液孔疏通加工成滤板成品。经测试，复合橡胶滤板材料耐温热变形性135℃，复合橡胶拉伸强度达30MPa，撕裂强度20MPa，定伸应力（100%）28MPa(GBT528)、扯断伸长率（25℃）250，邵氏硬度A96,滤板过滤压力1.6MPa。

实施例三：

一种增强复合橡胶材料滤板材料，按质量份数包括以下组分：氯丁橡胶85份、天然胶15份、纤维5份、石墨粉15份、炭黑40份、表面处理剂0.5份、防老剂1.5份、硫化剂3份，硫化促进剂6份，活性剂ZnO 1份、加工助剂古马隆5份。所述纤维为尼龙或聚酯纤维。

所述表面处理剂0.5份包括：硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂、水性丙烯酸类交联剂和马来酸酐相容剂，硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂、水性丙烯酸类交联剂、马来酸酐相容剂的质量比为2：3：1,其中硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂包括：稀土铝酸脂复合偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷基偶联剂，稀土铝酸脂复合偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷基偶联剂的质量比为1：1：1。所述防老剂为二芳基仲胺类。所述硫化剂包括质量份数为硫磺0.2份、氧化镁2.8份。所述硫化促进剂采用促进剂M、促进剂DM、促进剂NA-22三种中任意两种以上按质量比1:1选取。

所述石墨粉为1-4μm。所述水性丙烯酸类交联剂为丙烯酸胶。

一种增强复合橡胶材料滤板的制备方法，包括以下步骤：

（1）按上述质量配比称取各原料；

（2）将总重2/3的石墨粉在高速混合机中进行高速热搅拌，将总重1/2的硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂投入石墨粉中并混合，在热搅拌状态下采用硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂进行表面处理后出料；石墨粉热搅拌加热的温度为60℃，高速混合时间为20min；投放硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂时石墨粉温度为85℃，表面处理温度为100℃，时间20min；

（3）将纤维干燥，并加入总重1/3的石墨粉、马来酸酐相溶剂和总重1/2的硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂进行表面处理在高速混合机中混合后，高速混合温度110℃，时间为10min，热风90℃循环下烘干；

（4）将步骤（3）经过表面处理后的纤维石墨混合粉加入丙烯酸胶含量为10%的丙烯酸胶乳液容器中，进行搅拌至分散均匀成纤维水性混合液，然后将由0.1份的天然胶采用质量1.5倍汽油溶剂混合配置的天然胶浆投入纤维水性混合液中，继续进行搅拌30min后至水油混合，静放沉淀20min后，过滤脱液，水洗、干燥制备表面覆胶处理干燥的纤维备用；干燥采用静态干燥温度为90℃，时间为10h；或干燥在混合机采用真空加热干燥，温度90℃下，时间为40min；

（5）分别将氯丁橡胶和剩余的天然胶进行塑炼，然后进行混炼均匀，顺序加入步骤（4）表面覆胶处理干燥的纤维、步骤（2）表面处理的石墨粉进行混炼、加入防老剂、硫化促进剂、炭黑和加工助剂古马隆、最后加入硫化剂及活性剂ZnO，混炼均匀后薄通、拉片制备胶皮；

（6)）将步骤（5）中胶片覆在焊接并表面使用胶黏剂处理的钢板骨架一侧，然后放入已经填入其胶片的滤板模具中；模具中的复合胶板料在大型硫化机上经过高压和蒸气加热硫化成型，成型压力为15MPa，压制保压时间为2.5h，蒸汽加热温度为150℃；毛坯滤板表面整理修边，进出液孔疏通加工成滤板成品。经测试，复合橡胶滤板耐温热变形性120℃，复合橡胶拉伸强度达22MPa，撕裂强度16MPa，定伸应力（100%）20MPa、扯断伸长率（25℃）400，邵氏硬度A92,滤板过滤压力1.2MPa。

Claims (1)

1.一种增强复合橡胶材料滤板材料，其特征在于：按质量份数包括以下组分：氯丁橡胶70-85份、天然胶15-30 份、纤维 5-20份、石墨粉5-15份、炭黑40-60份、表面处理剂0.5-3份、防老剂1.5-3份、硫化剂3--5份，硫化促进剂3-6份，活性剂ZnO 1-2份、加工助剂古马隆5-10份；

所述纤维为尼龙或聚酯纤维；

所述表面处理剂0.5-3份包括：硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂、水性丙烯酸类交联剂和马来酸酐相容剂，硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂、水性丙烯酸类交联剂、马来酸酐相容剂的质量比为2：3：1,其中硅烷钛酸酯稀土复合偶联剂包括：稀土铝酸脂复合偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷基偶联剂，稀土铝酸脂复合偶联剂、钛酸酯偶联剂和硅烷基偶联剂的质量比为1：1：1；

所述防老剂为二芳基仲胺类；

所述硫化剂包括质量份数为硫磺0.2-0.8份、氧化镁2.2-4.8份；

所述硫化促进剂采用促进剂M、促进剂DM、促进剂NA-22三种中任意两种以上按质量比1:1选取；

所述石墨粉为1-4μm；

所述水性丙烯酸类交联剂为丙烯酸胶。