CN109778591B

CN109778591B - 一种亲水柔性石墨复合密封材料制备方法

Info

Publication number: CN109778591B
Application number: CN201910025365.2A
Authority: CN
Inventors: 夏新兴; 黄善聪; 马海珠; 潘娇静; 曹煜成; 郭爱莲
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: CN109778591A

Abstract

本发明涉及一种亲水柔性石墨复合密封材料制备方法。本发明首先配制聚乙烯醇溶液，柔性石墨与聚乙烯醇溶液混合均匀，然后，加入脲醛树脂作为交联剂。之后烘干，再分散于水中制成亲水柔性石墨溶液。再将植物纤维、芳纶纤维、矿物纤维混合疏解，加入亲水柔性石墨溶液、硅藻土和碳酸钙混合均匀；配上硫酸铝、丁苯胶乳、硫磺分散体、CPAM和膨润土充分搅拌并分散均匀，最后经抄造、压榨、干燥、硫化，制得亲水柔性石墨复合密封材料。本发明通过在柔性石墨表面包覆聚乙烯醇引入大量羟基，增加了其亲水性，然后，加入脲醛树脂交联剂，增强其与其他原料的结合能力，最终制备出质地均匀的密封材料，提高了密封材料的压缩回弹性能，增强了产品的密封性。

Description

一种亲水柔性石墨复合密封材料制备方法

技术领域

本发明属于橡胶工业与造纸工业的交叉领域，涉及一种亲水柔性石墨复合密封材料制备方法。

背景技术

橡胶密封材料主要以橡胶为基本原料，配合其他材料制造而成，主要用于防止液体、流体从机械部位或仪表部件泄露。还防止部件的内界、外界的交流，如泥沙、尘土、空气等进入密封机构内部，起到完全阻遏的作用。石棉纤维在橡胶密封材料中具有优良的性能，原本是制备橡胶密封材料主要纤维原料，但是由于它致癌对人体造成伤害，所以近年来已禁止使用。柔性石墨（也叫膨胀石墨）拥有疏松多孔的结构特征，故其具备了质地柔软、良好的压缩回弹性、耐辐射、抗氧化性等性能。我国石墨资源丰富，柔性石墨的研制发展较为迅速，在取代石棉方面有巨大的潜力。目前柔性石墨复合密封板材具有耐高温、耐腐蚀、压缩回弹性好、不渗透性等优点，已广泛应用于各种静密封和动密封中。

虽然柔性石墨复合密封板材具有优良的性能，但是在胶乳抄造法中柔性石墨并不能完全发挥它的优良性能，导致密封材料性能不佳。由于石墨表面的矿化度很高，它既不是亲油性物质，也不是亲水性物质。柔性石墨由天然石墨经插层高温膨胀得来，故继承了石墨的不亲水性，而且还拥有本身疏松多孔的低密度性。所以柔性石墨加入到胶乳抄取法中因疏水、低密度的特征从而一直漂浮在水中，无法和混合纤维、填料及其它助剂结合。密封材料抄取成型后，柔性石墨分布不均匀，一面拥有大量柔性石墨，另一面几乎不存在柔性石墨，从而导致密封材料的性能达不到要求。在实际应用中柔性石墨密封材料的密封性能不合格，需要增加密封材料的均匀度。

发明内容

针对目前柔性石墨疏水、密度低、无法和混合纤维、填料及其它助剂结合、密封材料加工成型后柔性石墨分布不均匀的问题。本发明提出了一种亲水柔性石墨添加到密封材料的制备方法，改善柔性石墨的亲水性，提高柔性石墨复合密封材料均匀度，增强密封材料的密封性能。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

一种亲水柔性石墨复合密封材料制备方法，具体：

首先，在烧杯中配制2%-5%浓度的聚乙烯醇溶液，温度保持在30℃-50℃。将柔性石墨与聚乙烯醇按质量比为1:0.5-2.5混合均匀，然后，加入相对于聚乙烯醇质量为5%-20%的脲醛树脂，搅拌5-30min。放在50℃-105℃烘箱中烘干，制得亲水性柔性石墨。将亲水柔性石墨分散于15℃-40℃水中，搅拌5-15min，制得浓度为3%-10%的亲水柔性石墨溶液，备用。

然后，取植物纤维的质量占相对于总绝干量百分比的6%-14%，加入芳纶纤维的质量占比5%-12%，加入矿物纤维的质量占比2%-6%，然后混合疏解，疏解时间为5-15min。加入总绝干质量20%-60%的亲水柔性石墨溶液作为填料，再加入占总绝干质量5%-15%硅藻土、占总绝干质量10%-40%碳酸钙，将填料搅拌均匀。之后加入相对于总绝干量3%-15%的硫酸铝和相对于总绝干量10%-20%的丁苯胶乳，搅拌使纤维、填料、胶乳分散均匀。加入相对于总绝干量0.5%-2%的硫磺分散体，总绝干纤维的质量百分比0.05%-0.2%的阳离子聚丙烯酰胺，疏解1-3min；加入相对于总绝干纤维的质量百分比0.1%-0.5%的膨润土，搅拌使其混合均匀。

最后，在纸机上抄造成型，再压榨、干燥，在硫化温度为130℃-150℃，硫化压力为8MPa-12MPa下硫化，得到500-2000g/m²定量的亲水柔性石墨复合密封材料。

本发明的有益效果：本发明针对柔性石墨在水中难分散，难与其他原料结合的问题，通过对柔性石墨亲水改性，易于在水中分散。而且制备方法简便，不改变柔性石墨本身的微观结构，保留其良好性能。所制备出的亲水柔性石墨复合密封材料质地均匀，具有高拉伸强度，高的压缩回弹性能，良好的密封性能。

具体实施方式

本发明方法的原理：聚乙烯醇是一种高分子化合物，它具有高密度，强亲水性的特性。而柔性石墨本身具有低密度，强疏水性质。使聚乙烯醇包覆在柔性石墨表面从而增强柔性石墨的密度和亲水性，聚乙烯醇表面具有大量的氢键所以能与水互溶，同时纤维表面也有大量的氢键，所以也能与纤维结合，使柔性石墨均匀吸附在纤维等材料表面。然后，加入脲醛树脂作为交联剂，提高了柔性石墨与聚乙烯醇的结合强度。从而所制备的亲水柔性石墨复合密封材料质地均匀，柔性石墨的优良性质保留，添加到密封材料中能很好地提高压缩回弹性能。

本发明技术方案：

制备亲水柔性石墨：在烧杯中配制2%-5%浓度的聚乙烯醇溶液，温度保持在30℃-50℃。将柔性石墨与聚乙烯醇按质量比为1:0.5-2.5混合均匀，然后，加入相对于聚乙烯醇质量为5%-20%的脲醛树脂，搅拌5-30min。之后放在50℃-105℃烘箱中烘干，制得亲水性柔性石墨。将亲水柔性石墨分散于15℃-40℃水中，搅拌5-15min，制得浓度为3%-10%的亲水柔性石墨溶液。

疏解纤维：取植物纤维（可为针叶木纤维、阔叶木纤维或两种纤维混合）的质量，占相对于总绝干量百分比的6%-14%、加入芳纶纤维的质量占比5%-12%（相对于总绝干质量）、加入矿物纤维（可为玻璃纤维、海泡石纤维、碳纤维）的质量占比2%-6%（相对于总绝干质量），然后混合疏解，疏解时间为5-15min。

混合原料：加入总绝干质量20%-60%的亲水柔性石墨溶液作为填料，接着再加入占总绝干质量5%-15%硅藻土、占总绝干质量10%-40%碳酸钙，将填料搅拌均匀。之后加入相对于总绝干量3%-15%的硫酸铝和相对于总绝干量10%-20%的丁苯胶乳，搅拌使纤维、填料、胶乳分散均匀。加入相对于总绝干量0.5%-2%的硫磺分散体，总绝干纤维的质量百分比0.05%-0.2%的阳离子聚丙烯酰胺，疏解1-3min；加入相对于总绝干纤维的质量百分比0.1%-0.5%的膨润土，搅拌使其混合均匀。

最后成型：在纸机上抄造成型，再压榨、干燥，在硫化温度为130℃-150℃，硫化压力为8MPa-12MPa下硫化，得到500-2000g/m²定量的亲水柔性石墨复合密封材料。

实施例1

第一步：在烧杯中配制5%浓度的聚乙烯醇溶液，温度保持在30℃。将柔性石墨与聚乙烯醇按质量比为1:1混合均匀，然后，加入相对于聚乙烯醇质量为5%的脲醛树脂，搅拌10min。放在60℃烘箱中烘干，制得亲水性柔性石墨。将亲水柔性石墨分散于40℃水中，搅拌10min，制得浓度为5%的亲水柔性石墨溶液。

第二步：取针叶木纤维的质量，占相对于总绝干量百分比的7%、加入芳纶纤维的质量占比8%、加入碳纤维的质量占比5%，然后混合疏解，疏解时间为5min。

第三步：加入总绝干质量30%的亲水柔性石墨溶液作为填料，接着再加入占总绝干质量5%硅藻土、占总绝干质量35%碳酸钙，将填料搅拌均匀。之后加入相对于总绝干量4%的硫酸铝和相对于总绝干量13%的丁苯胶乳，搅拌使纤维、填料、胶乳分散均匀。加入相对于总绝干量0.9%的硫磺分散体，总绝干纤维的质量百分比0.12%的阳离子聚丙烯酰胺，疏解3min；加入相对于总绝干纤维的质量百分比0.5%的膨润土，搅拌使其混合均匀。

最后在纸机上抄造成型，再压榨、干燥，在硫化温度为130℃，硫化压力为12MPa下硫化，得到500g/m²定量的亲水柔性石墨复合密封材料。

实施例2

第一步：在烧杯中配制2%浓度的聚乙烯醇溶液，温度保持在50℃。将柔性石墨与聚乙烯醇按质量比为1:2.5混合均匀，然后，加入相对于聚乙烯醇质量为10%的脲醛树脂，搅拌5min。放在105℃烘箱中烘干，制得亲水性柔性石墨。将亲水柔性石墨分散于25℃水中，搅拌5min，制得浓度为10%的亲水柔性石墨溶液。

第二步：取阔叶木纤维的质量，占相对于总绝干量百分比的14%、加入芳纶纤维的质量占比12%、加入海泡石纤维的质量占比6%，然后混合疏解，疏解时间为15min。

第三步：加入总绝干质量55%的亲水柔性石墨溶液作为填料，接着再加入占总绝干质量5%硅藻土、占总绝干质量10%碳酸钙，将填料搅拌均匀。之后加入相对于总绝干量6%的硫酸铝和相对于总绝干量10%的丁苯胶乳，搅拌使纤维、填料、胶乳分散均匀。加入相对于总绝干量0.15%的硫磺分散体，总绝干纤维的质量百分比0.06%的阳离子聚丙烯酰胺，疏解2min；加入相对于总绝干纤维的质量百分比0.2%的膨润土，搅拌使其混合均匀。

最后在纸机上抄造成型，再压榨、干燥，在硫化温度为150℃，硫化压力为10MPa下硫化，得到1600g/m²定量的亲水柔性石墨复合密封材料。

实施例3

第一步：在烧杯中配制3%浓度的聚乙烯醇溶液，温度保持在40℃。将柔性石墨与聚乙烯醇按质量比为1:1.5混合均匀，然后，加入相对于聚乙烯醇质量为20%的脲醛树脂，搅拌30min。放在80℃烘箱中烘干，制得亲水性柔性石墨。将亲水柔性石墨分散于30℃水中，搅拌15min，制得浓度为7%的亲水柔性石墨溶液。

第二步：取阔叶木纤维、针叶木纤维的质量，分别占相对于总绝干量百分比的5%、加入芳纶纤维的质量占比10%、加入玻璃纤维的质量占比5%，然后混合疏解，疏解时间为8min。

第三步：加入总绝干质量40%的亲水柔性石墨溶液作为填料，接着再加入占总绝干质量10%硅藻土、占总绝干质量25%碳酸钙，将填料搅拌均匀。之后加入相对于总绝干量12%的硫酸铝和相对于总绝干量19%的丁苯胶乳，搅拌使纤维、填料、胶乳分散均匀。加入相对于总绝干量0.5%的硫磺分散体，总绝干纤维的质量百分比0.08%的阳离子聚丙烯酰胺，疏解2min；加入相对于总绝干纤维的质量百分比0.2%的膨润土，搅拌使其混合均匀。

最后在纸机上抄造成型，再压榨、干燥，在硫化温度为140℃，硫化压力为8MPa下硫化，得到1300g/m²定量的亲水柔性石墨复合密封材料。

Claims

1.一种亲水柔性石墨复合密封材料制备方法，其特征在于：

在烧杯中配制2%-5%浓度的聚乙烯醇溶液，温度保持在30℃-50℃；将柔性石墨与聚乙烯醇按质量比为1:0.5-2.5混合均匀，然后，加入相对于聚乙烯醇质量为5%-20%的脲醛树脂，搅拌5-30min；放在50℃-105℃烘箱中烘干，制得亲水性柔性石墨；将亲水柔性石墨分散于15℃-40℃水中，搅拌5-15min，制得浓度为3%-10%的亲水柔性石墨溶液，备用；

取总绝干质量6%-14%的植物纤维，加入总绝干质量5%-12%的芳纶纤维、加入总绝干质量2%-6%的矿物纤维，然后混合疏解，疏解时间为5-15min；

加入总绝干质量20%-60%的亲水柔性石墨溶液作为填料，接着再加入总绝干质量5%-15%的硅藻土、总绝干质量10%-40%的碳酸钙，将填料搅拌均匀；之后加入总绝干质量3%-15%的硫酸铝和总绝干质量10%-20%的丁苯胶乳，搅拌使纤维、填料、胶乳分散均匀；加入总绝干质量0.5%-2%的硫磺分散体，总绝干纤维质量0.05%-0.2%的阳离子聚丙烯酰胺，疏解1-3min；加入总绝干纤维质量0.1%-0.5%的膨润土，搅拌使其混合均匀；

在纸机上抄造成型，再压榨、干燥，在硫化温度为130℃-150℃，硫化压力为8MPa-12MPa下硫化，得到500-2000g/m²定量的亲水柔性石墨复合密封材料。

2.根据权利要求1所述的一种亲水柔性石墨复合密封材料制备方法，其特征在于：所述的植物纤维可为针叶木纤维、阔叶木纤维或两种纤维混合使用。

3.根据权利要求1所述的一种亲水柔性石墨复合密封材料制备方法，其特征在于：所述的矿物纤维为单一的玻璃纤维、海泡石纤维、碳纤维或多种矿物纤维混合使用。