CN110723923B

CN110723923B - 一种蛭石基柔性密封材料的制备方法

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Publication number: CN110723923B
Application number: CN201910994916.6A
Authority: CN
Inventors: 钱玉鹏; 吴益民; 江学峰; 王飞; 胡善海; 孙利杰; 忻永伟
Original assignee: Zhejiang Cps Cathay Packing & Sealing Co ltd; Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Zhejiang Cps Cathay Packing & Sealing Co ltd; Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2039-10-18
Also published as: CN110723923A

Abstract

本发明提供一种蛭石基柔性密封材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)：将干燥的蛭石基粉料置于球磨罐中，加入溶剂和分散剂，进行一次球磨分散；步骤2)：一次球磨结束后，加入黏结剂和增塑剂进行二次球磨，得到混合浆料；步骤3)：将混合浆料进行过滤处理，然后进行脱泡处理，得到成型浆料；步骤4)：将得到的成型浆料进行流延成型，控制刮刀距基带的高度为0.5～2mm，基带速度为0.2～2m/min，干燥温度为25℃～60℃，得到密封材料坯料；步骤5)：将密封材料坯料进行热压硫化成型，之后剪裁成型得到蛭石基柔性密封材料。本发明流延成型和粉体预处理得到了性能优越的蛭石基柔性密封材料。

Description

一种蛭石基柔性密封材料的制备方法

技术领域

本发明属于密封材料领域，尤其涉及一种蛭石基柔性密封材料的制备方法。

背景技术

流延成型作为一种传统的制备薄片制品的成型方法，由于其获得的产品生坯结构均匀、表面平整、强度高、韧性好等优点，广泛应用于各个领域。但对于蛭石基柔性密封材料还未有见采用流延成型的报道。同时，粉料本身的质量也会对密封材料的性能产生影响。

发明内容

基于以上现有情况，本发明提供了一种蛭石基柔性密封材料的制备方法，通过流延成型和预处理，使密封材料获得很好的性能。

本发明采用的技术方案为：

一种蛭石基柔性密封材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)：将干燥的蛭石基粉料置于球磨罐中，加入溶剂和分散剂，进行一次球磨分散；

步骤2)：一次球磨结束后，加入黏结剂和增塑剂进行二次球磨，得到混合浆料；

步骤3)：将混合浆料进行过滤处理，然后进行脱泡处理，得到成型浆料；

步骤4)：将得到的成型浆料进行流延成型，控制刮刀距基带的高度为0.5～2mm，基带速度为0.2～2m/min，干燥温度为25℃～60℃，得到密封材料坯料；

步骤5)：将密封材料坯料进行热压硫化成型，之后剪裁成型得到蛭石基柔性密封材料。

进一步，包括如下步骤：

步骤1)：将干燥的蛭石基粉料置于行星式球磨罐中，加入溶剂和分散剂，进行一次球磨分散，控制磨矿质量浓度为35％～60％，分散剂用量为蛭石基粉料质量的0～2％，球磨时间为0.5-4h；

步骤2)：一次球磨结束后，加入黏结剂和增塑剂进行二次球磨，黏结剂用量为蛭石基粉料质量的5～15％，增塑剂添加量为黏结剂用量的50％～150％，二次球磨时间为2-6h，得到混合浆料；

步骤3)：将混合浆料进行过滤处理，然后在-0.80MPa的真空度下进行脱泡处理，直至无气泡冒出，得到成型浆料；

步骤5)：将密封材料坯料进行热压硫化成型，成型压力为5～20MPa，硫化温度为80～150℃，硫化时间5～10min，之后剪裁成型得到蛭石基柔性密封材料。

脱泡处理的搅拌速度为50-80rpm，脱泡时间1-2h。

进一步，在进行步骤1)前，事先进行预处理，过程如下：

过程a)：将蛭石基粉料进行吸湿处理，控制相对湿度为20％-30％，处理时间2h；

过程b)：将处理后的蛭石基粉料在恒温干燥箱中干燥，干燥温度为105℃，干燥时间为3h。

进一步，步骤1)中，所述蛭石基粉料，按质量百分比计，包括50％～100％的蛭石粉体和0％～50％的滑石粉体。

再进一步，步骤1)中，所述蛭石粉体为膨胀蛭石粉体，其由高温膨胀蛭石粉体和化学膨胀蛭石粉体组成，其中高温膨胀蛭石粉体与化学膨胀蛭石粉体的质量之比为4:1～1:4。

再再进一步，所述高温膨胀蛭石粉体为粒径0.3～2.0mm的蛭石精矿在800～1200℃完全膨胀所得，所述化学膨胀蛭石粉体为粒径0.3～2.0mm的蛭石精矿在浓度为10％～30％的H₂O₂中浸泡24h所得；所述滑石粉体粒度为325目。

进一步，步骤1)中，使分散剂均匀溶于溶剂中后再加入到球磨罐中。

进一步，步骤1)中，所述分散剂由聚丙烯酸铵盐、聚胺/聚酯聚合物、蓖麻油、脂肪铵盐、鱼油、硬脂酸、硬脂酸钠、油酸中的一种或多种组成；所述溶剂由乙醇、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、环己酮中的一种或多种组成。

进一步，步骤2)中，所述黏结剂由聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙基纤维素、丁腈橡胶的一种或多种组成；所述增塑剂由聚乙二醇、乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或多种组成。

进一步，步骤4)中，流延成型采用圆弧形刮刀。

进一步，步骤4)中，所述基带为表面涂布硅油的PET薄膜或四氟乙烯膜，其离型力为0.10N/25mm-0.20N/25mm。

本发明可获得的技术效果有：

1.采用流延成型方法制备柔性蛭石/滑石密封材料，工业化生产期望高、连续作业性强、工艺稳定性好，获得的蛭石/滑石基柔性密封材料表面平整、柔韧性好、抗拉强度高、性能均一、耐高温性能优异，可用于复合垫片和缠绕垫片。

2.粉体的预处理过程可以改变粉体表面的自由水含量和羟基化程度，提高粉体在溶剂中的分散效果。

3.以膨胀蛭石粉末和滑石粉末作为原料，其中高温膨胀蛭石具有较高的力学强度，化学膨胀蛭石提供更好的柔韧性，滑石作为填料具有充填材料空隙的作用，而且可以有效提高材料的耐温性能。

附图说明

图1是一种蛭石基柔性密封材料的制备方法流程图；

图2是流延成型中采用的弧形刮刀示意图；

图3是流延成型中采用的直角平底刮刀示意图。

具体实施方式

下面结合实施案例加以说明本制备方法能够得到的质量稳定的蛭石基柔性密封材料，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

1)原料配方

高温膨胀蛭石粉末500g，化学膨胀蛭石粉末500g，分散剂乙烯基三乙氧基硅烷(A151)15g，溶剂甲苯1000g，黏结剂丁腈橡胶(NBR)100g，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)100g。

2)制备过程

预处理：过程a)：在标准恒温恒湿养护箱中，将蛭石基粉料进行吸湿处理，控制相对湿度为20％，处理时间2h；其中蛭石基粉料为高温膨胀蛭石粉末500g和化学膨胀蛭石粉末500g相混合而成；高温膨胀蛭石粒度分布为D10＝8.146μm，D50＝27.50μm，D90＝74.99μm，化学膨胀蛭石粒度分布为D10＝6.963μm，D50＝32.34μm，D90＝98.94μm；

过程b)：将处理后的蛭石基粉料在恒温干燥箱中干燥，干燥温度为105℃，干燥时间为3h；

步骤1)：将干燥的蛭石基粉料置于行星式球磨罐中，加入溶剂和分散剂，进行一次球磨分散，控制磨矿质量浓度为45％，球磨时间为2h；其中溶剂为1000g甲苯，分散剂为15g乙烯基三乙氧基硅烷(A151)；此过程中，使分散剂均匀溶于溶剂中后再加入到球磨罐中，防止分散剂不能有效分散在浆料中的现象；

步骤2)：一次球磨结束后，加入100g丁腈橡胶(NBR)作为黏结剂和100g邻苯二甲酸二丁酯(DBP)作为增塑剂，进行二次球磨，二次球磨时间为2h，得到混合浆料；

步骤3)：将混合浆料用20目的筛网进行过滤处理，并在-0.80MPa的真空度下进行脱泡处理，搅拌速度为50-80rpm，脱泡时间1-2h，至肉眼观察浆料中无气泡冒出为止，得到成型浆料；

步骤4)：将得到的成型浆料进行流延成型，采用弧形刮刀，控制刮刀距基带的高度为0.5±0.005mm，基带速度为0.2m/min，干燥温度为25℃，得到密封材料坯料；其中，基带为表面涂布硅油的PET薄膜；

步骤5)：将密封材料坯料进行热压硫化成型，成型压力为10MPa，硫化温度为100℃，硫化时间10min，之后剪裁成型后得到蛭石基柔性密封材料。

实施例2

1)原料配方

高温膨胀蛭石粉末400g，化学膨胀蛭石粉末400g，滑石粉200g，分散剂硬脂酸15g，溶剂乙醇1000g，黏结剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)100g，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)100g。

2)制备过程

预处理：过程a)：在标准恒温恒湿养护箱中，将蛭石基粉料进行吸湿处理，控制相对湿度为30％，处理时间2h；其中蛭石基粉料为高温膨胀蛭石粉末400g、化学膨胀蛭石粉末400g和滑石粉200g相混合而成；高温膨胀蛭石粒度分布为D10＝8.146μm，D50＝27.50μm，D90＝74.99μm，化学膨胀蛭石粒度分布为D10＝6.963μm，D50＝32.34μm，D90＝98.94μm，滑石粒度分布为D10＝4.657μm，D50＝17.84μm，D90＝45.72μm；

步骤1)：将干燥的蛭石基粉料置于行星式球磨罐中，加入溶剂和分散剂，进行一次球磨分散，控制磨矿质量浓度为40％，球磨时间为4h；其中溶剂为1000g乙醇，分散剂为15g硬脂酸；此过程中，使分散剂均匀溶于溶剂中后再加入到球磨罐中，防止分散剂不能有效分散在浆料中的现象；

步骤2)：一次球磨结束后，加入100g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为黏结剂和100g邻苯二甲酸二丁酯(DBP)作为增塑剂进行二次球磨，二次球磨时间为2h，得到混合浆料；

步骤4)：将得到的成型浆料进行流延成型，采用弧形刮刀，控制刮刀距基带的高度为1±0.005mm，基带速度为0.5m/min，干燥温度为35℃，得到密封材料坯料；

步骤5)：将密封材料坯料进行热压硫化成型，成型压力为10MPa，硫化温度为80℃，硫化时间5min，之后剪裁成型后得到蛭石基柔性密封材料。

实施例3

1)原料配方

高温膨胀蛭石粉末250g，化学膨胀蛭石粉末250g，滑石粉500g，分散剂鱼油15g，溶剂为甲基乙基酮/乙醇/环己酮混溶体系800g，其中甲基乙基酮：乙醇：环己酮质量比为1:2:1，黏结剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)100g，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)100g。

2)制备过程

预处理：过程a)：在标准恒温恒湿养护箱中，将蛭石基粉料进行吸湿处理，控制相对湿度为30％，处理时间2h；其中蛭石基粉料为高温膨胀蛭石粉末250g、化学膨胀蛭石粉末250g和滑石粉500g相混合而成；高温膨胀蛭石粒度分布为D10＝8.146μm，D50＝27.50μm，D90＝74.99μm，化学膨胀蛭石粒度分布为D10＝6.963μm，D50＝32.34μm，D90＝98.94μm，滑石粒度分布为D10＝4.657μm，D50＝17.84μm，D90＝45.72μm；

步骤1)：将干燥的蛭石基粉料置于行星式球磨罐中，加入溶剂和分散剂，进行一次球磨分散，控制磨矿质量浓度为50％，球磨时间为4h；其中溶剂为200g甲基乙基酮、400g乙醇、200g环己酮相混合而成，分散剂为15g鱼油；此过程中，使分散剂均匀溶于溶剂中后再加入到球磨罐中，防止分散剂不能有效分散在浆料中的现象；

步骤2)：一次球磨结束后，加入100g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为黏结剂和100g邻苯二甲酸二丁酯(DBP)作为增塑剂进行二次球磨，二次球磨时间为4h，得到混合浆料；

步骤4)：将得到的成型浆料进行流延成型，采用弧形刮刀，控制刮刀距基带的高度为2±0.005mm，基带速度为2m/min，干燥温度为60℃，得到密封材料坯料；

实施例4

实施例4的原料配方与实施例1的完全相同，实施例4的制备方法与实施例1的不同之处仅在于步骤4)和步骤5)。实施例4将得到的成型浆料进行直接干法成型，控制成型压强为25MPa，压制时间10min压制成密封材料，其结果为虽然得到的材料有较为紧密的成型结构，但表面存在较多裂纹，且材料强度较差，基本没有韧性，放置一段时间后，由于蛭石易吸收空气中的水分，材料自然呈松散状态，失去成型结构。

实施例5

实施例5的原料配方与实施例1的完全相同，实施例5的制备方法与实施例1的不同之处仅在于步骤4)和步骤5)。实施例5将得到的成型浆料采用湿法沉降成型后进行压制得到密封材料，其结果为得到的密封材料均一性差，沉降后粒度分布不均匀，粗颗粒在沉降过程中沉降速度快，先到材料底部，细颗粒则沉降在材料上部，而且材料厚度控制不稳定。

实施例6

实施例6的原料配方与实施例1的完全相同，实施例6的制备方法与实施例1的不同之处仅在于步骤4)和步骤5)。实施例6将得到的成型浆料进行涂膜成型，其结果为坯带厚度控制精准度不够，受人工操作因素影响较大，干燥过程无法阶梯性控温，导致坯带表面发生“皱缩”缺陷。

实施例7

实施例7的原料配方与实施例1的完全相同，实施例7的制备方法与实施例1的不同之处仅在于步骤4)和步骤5)。实施例7将得到的成型浆料喷雾干燥后进行压片成型，其结果为得到的密封材料柔韧性不够，材料弯折易发生断裂，无法进行后续的缠绕垫片必须的缠绕加工生产，不适于用作垫片类密封。

实施例8

实施例8的原料配方与实施例1的完全相同，实施例8的制备方法与实施例1的不同之处仅在于实施例8没有对蛭石基粉料的预处理过程，其结果为坯带表面不平整，存在“凸起”缺陷，系未经预处理而使粉体团聚现象严重，此种缺陷在硫化过程中进而表现为“贯穿性孔”，易导致材料密封效果失效。

实施例9

实施例9的原料配方与实施例2的完全相同，实施例9的制备方法与实施例2的不同之处仅在于实施例9没有对蛭石基粉料的预处理过程，其结果为坯带表面褶皱缺陷较多，在后续缠绕加工过程中材料抗拉强度不够导致易发生断带现象，从而导致材料密封性能降低。

实施例10

实施例10的原料配方与实施例3的完全相同，实施例10的制备方法与实施例3的不同之处仅在于实施例10没有对蛭石基粉料的预处理过程，其结果较对比例7稍好，可能原因为此例中滑石粉含量较大，滑石表面疏水，对预处理过程不敏感，但仍有粉料团聚现象导致流延生带表面产生“凸起”缺陷，导致材料密封性能降低。

实施例11

实施例11与实施例1的不同之处仅在于在步骤4)流延过程中，实施例4)中采用如图2所示的圆弧形刮刀，实施例11采用刮刀如图3所示的直角平底刮刀。实施例11的结果为坯带沿流延方向的厚度均匀性差，导致干燥过程中坯带底部的溶剂挥发至坯带表面的速率不一致，从而造成流延坯带产生“翘曲”缺陷。

表1产品性能参数

注：“-”为因样品性质原因无法测得相关指标。

表1中，拉伸强度是指在拉伸试验中，样品带直至断裂为止所受的最大拉伸应力，拉伸强度越大，样品在后续缠绕加工中表现更佳，“断带”现象更少，进而提升了材料密封性能；泄漏率直观表征样品在密封场景中的性能好坏，泄漏率越小，材料的密封性能越佳。

通过对比实施例1、2、3和实施例4、5、6、7，实施例4、5、6、7中因成型方法选用其他方法，使得材料因柔韧性或强度不够难以进行后续加工处理，故未测得泄漏率相关指标，不适宜选作为蛭石基密封材料的制备方法，相比之下实施例1、2、3中采用流延成型获得的材料强度高，柔韧性好，经后续加工后所测泄漏率达标，优势明显。

通过对比实施例1、2、3和实施例8、9、10，实施例8、9、10中蛭石基粉料未进行预处理，拉伸强度较低，容易在后续加工中发生“断带”，导致成型得到的材料表面“褶皱”缺陷偏多，泄漏率偏低，密封性能下降。

应当说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，仍应归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种蛭石基柔性密封材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1）：将干燥的蛭石基粉料置于行星式球磨罐中，加入溶剂和分散剂，进行一次球磨分散，控制磨矿质量浓度为35%~60%，分散剂用量为蛭石基粉料质量的0~2%，球磨时间为0.5-4h；

步骤2）：一次球磨结束后，加入黏结剂和增塑剂进行二次球磨，黏结剂用量为蛭石基粉料质量的5~15%，增塑剂添加量为黏结剂用量的50%~150%，二次球磨时间为2-6h，得到混合浆料；

步骤3）：将混合浆料进行过滤处理，然后进行脱泡处理，得到成型浆料；

步骤4）：将得到的成型浆料进行流延成型，控制刮刀距基带的高度为0.5~2mm，基带速度为0.2~2m/min，干燥温度为25℃~60℃，得到密封材料坯料；

步骤5）：将密封材料坯料进行热压硫化成型，成型压力为5~20MPa，硫化温度为80~150℃，硫化时间5~10min，之后剪裁成型得到蛭石基柔性密封材料；

在进行步骤1）前，事先进行预处理，过程如下：

过程a）：将蛭石基粉料进行吸湿处理，控制相对湿度为20%-30%，处理时间2h；

过程b）：将处理后的蛭石基粉料在恒温干燥箱中干燥；

步骤1）中，所述蛭石基粉料，按质量百分比计，包括50%~100%的蛭石粉体和0%~50%的滑石粉体；

步骤1）中，所述蛭石粉体为膨胀蛭石粉体，其由高温膨胀蛭石粉体和化学膨胀蛭石粉体组成，其中高温膨胀蛭石粉体与化学膨胀蛭石粉体的质量之比为4:1~1:4。

2.根据权利要求1所述的蛭石基柔性密封材料的制备方法，其特征在于，过程b）中，干燥温度为105℃，干燥时间为3h。

3.根据权利要求1所述的蛭石基柔性密封材料的制备方法，其特征在于，所述高温膨胀蛭石粉体为粒径0.3~2.0mm的蛭石精矿在800~1200℃完全膨胀所得，所述化学膨胀蛭石粉体为粒径0.3~2.0mm的蛭石精矿在浓度为10%~30%的H₂O₂中浸泡24h所得；所述滑石粉体粒度为325目。

4.根据权利要求1所述的蛭石基柔性密封材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述分散剂由聚丙烯酸铵盐、聚胺/聚酯聚合物、蓖麻油、脂肪铵盐、鱼油、硬脂酸、硬脂酸钠、油酸中的一种或多种组成；所述溶剂由乙醇、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、环己酮中的一种或多种组成。

5.根据权利要求1所述的蛭石基柔性密封材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述黏结剂由聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、乙基纤维素、丁腈橡胶的一种或多种组成；所述增塑剂由聚乙二醇、乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或多种组成。

6.根据权利要求1所述的蛭石基柔性密封材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中，流延成型采用圆弧形刮刀。

7.根据权利要求1所述的蛭石基柔性密封材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述基带为表面涂布硅油的PET薄膜或四氟乙烯膜，其离型力为0.10N/25mm-0.20N/25mm。