CN1557865A - 非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的制造成型工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的制造成型工艺方法，属纤维增强橡胶弹性体复合材料制造工艺技术领域。本发明方法包括原料准备，即非石棉纤维、橡胶乳液、交联剂、填料、辅助添加剂等各原料组份的准备和配方；非石棉纤维的处理；乳胶的配制；悬浮液的制备；抄取成型；干燥和辊压硫化，其特征在于，采用特殊的原料组份配比，利用传统工艺，特别是湿法抄取成型工艺，制得本产品。本发明提供了一种对环境友好，无污染的制造方法，而且本发明的非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材具有较好的力学性能，并且具有较好的耐化学腐蚀性。

Description

非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材 的制造成型工艺方法
技术领域
本发明涉及一种非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的制造成型工艺方法，属纤维增强橡胶弹性体复合材料制造工艺技术领域。
背景技术
纤维增强弹性体流体密封材料的非石棉化，是当今环保发展的必然要求。美国、日本和澳大利亚的许多跨国公司早在1984年，即以芳纶耐温有机纤维或碳纤维代替石棉，采用压缩石棉(CA)法生产非石棉密封垫片。1992年我们基于模压法率先研制了我国第一代非石棉纤维增强丁腈橡胶板材，其基本性能与低压石棉橡胶板材相当，但能够使用的温度范围相当有限。1995年我们在国内首次设计了新型压缩石棉法(NCA)成型工艺，并以芳砜纶、芳纶、玻璃或碳纤维代替石棉，开发了部分中高压非石棉纤维增强橡胶材料，由于压缩石棉法使用大量的苯、二甲苯或汽油等有机溶剂对环境仍然存在较大的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环境友好的非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的制备成型工艺方法，改善生产环境，且能制造机械与密封性能均优良的垫片板材。
本发明的一种非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的制造成型工艺方法，包括原料准备，即非石棉纤维、橡胶乳液、交联剂、填料、辅助添加剂等各原料组份的准备和配方；非石棉纤维的处理；乳胶的配制；悬浮液的制备；抄取成型；干燥和辊压硫化，其特征在于，采用特殊的原料组份配比，各原料组份及其配比(干质量百分比)如下：
非石棉纤维          35-70％    橡胶乳液            10-25％
交联剂              1-2.5％    特殊填料纳米粘土    5-15％
特殊填料矿物微纤    5-15％     一般填料            7-35％
橡胶配合剂包括以下各物质：
硫化剂硫磺        0.08-0.40％  促进剂              0.07-0.40％
防老剂            0.08-0.40％  硫化活性剂为氧化锌  0.3-2.0％
稳定剂            0.10-0.40％  消泡剂              0.02-0.10％；
上述各原料组份构成100％的配料混合物；
上述各原料组份中具体采用的原料如下：
非石棉纤维可以是芳纶纤维或浆粕、芳砜纶纤维或浆粕、酚醛纤维、玻璃纤维、碳纤维、钢纤维和纤维状海泡石的一种或多种的混合物；
橡胶乳液可以是天然橡胶乳液、丁苯橡胶乳液(包括羧基丁苯乳液)、丁腈橡胶乳液(包括羧基丁腈乳液)、氯丁橡胶乳液、乙丙橡胶乳液、硅橡胶乳液、氟橡胶乳液和水性聚氨酯乳液的一种或多种的混合物；
交联剂可以是可水分散的封闭型异氰酸酯乳液或长活性期的水乳化异氰酸酯；
特殊填料包括纳米粘土与矿物微纤，其中矿物微纤可以是石膏晶须、氧化锌晶须、硼酸铝晶须和钛酸钾晶须的一种或多种的混合物；
一般填料可以是粉末碳酸钙、重晶石、滑石粉、硅藻土、高岭土、陶土和碳黑的一种或多种的混合物；
橡胶配合剂，其中硫化剂为硫磺，促进剂可以是促进剂TMTD、促进剂M、促进剂DM、促进剂ZDC的一种或多种的混合物，防老剂可为防老剂D、防老剂264、防老剂4010NA中的一种或多种的混合物，稳定剂为酪素和氢氧化钾的一种或其混合物，消泡剂为辛醇、羊毛脂和硅油中的一种或其混合物。
本发明的非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的制造成型工艺方法，其具体工艺步骤如下：
a.非石棉纤维的处理，其中包括：纤维的切短、纤维的开松、纤维的表面处理；
b.胶乳的配制；
c.悬浮液的制备
d.抄取成型
e.干燥及辊压硫化，硫化工艺参数为：硫化温度为125～150℃，硫化压力4.5～6.7MPa，硫化时间10～20min；
最终制得非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材。
本发明方法制得的非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材具有较好的力学性能，如横向抗张强度、压缩率、回弹率、蠕变松弛率、柔软性等；并且有较好的耐化学腐蚀性。另外，由于密封材料原材料中采用纳米粘土与有机、无机非石棉纤维作为增强和耐热相，因此可使用于较高的温度、压力条件下作密封垫片材料。
附图说明
图1为本发明非石棉乳胶垫片板材湿法抄取成型工艺流程图
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后：
本发明非石棉增强乳胶垫片板材的成型工艺流程图可参见图1，本发明方法的工艺流程中的各步骤说明如下：
a.非石棉纤维的处理：
①纤维的切短
非石棉纤维的切短应控制其初始长径比L/D应为100-200。纤维的类别不同，其强度和韧性差别较大。对于韧性较差的无机类非石棉纤维，如玻璃纤维、矿渣棉、钛酸盐纤维等，初始长径比取200为好；而对于芳砜纶、芳纶、Apmoc等本身韧性极好的有机纤维，则宜选100-120，否则将给成型时与橡胶和填料的均匀分散造成困难，而且导致纤维在板树中定向作用较差，无法保证材料的强度。
②纤维的开松
纤维的松散程度直接影响到混料过程中纤维与基体橡胶乳液及填料的混合效果。开松即是将非石棉纤维加入高速纤维开松机内，通过高速旋转叶片的撞击作用，将结团的纤维分散开。对有机纤维，在开松过程中可加入少量石墨、炭黑或其它无机填料，消除因机械摩擦所产生的静电作用而使纤维再次结团现象。
③纤维的表面处理
由于非石棉纤维与橡胶基体的直接亲和性均不如石棉，纤维的比表面积也不如石棉纤维大，因此，非石棉纤维的表面处理就成为提高非石棉橡胶密封板材强度的关键之一。本发明采用“迁移法”对非石棉纤维进行表面处理，即将常温封闭型异氰酸酯乳液或长活性期的水乳化异氰酸酯交联剂直接加入橡胶乳液中混合，在打浆过程中“迁移”至纤维表面，并在板材的受热硫化的过程中“激活”的异氰酸酯基便产生交联作用。
b.胶乳的配制
根据配方称取适量的橡胶乳液，并根据乳液的含固量配制相应的乳胶配合剂(硫化剂、促进剂、防老剂、硫化活性剂和稳定剂)与异氰酸酯交联剂，加入球磨机中，并添加少量软水后研磨，过滤后待用。
c.悬浮液的制备
将预处理好的非石棉纤维、纳米粘土(水悬浮液)与矿物微纤、一般填料和配制好的胶乳加入槽式打浆机中，混合均匀，并加入水稀释，静态沉降制备悬浮液。
d.抄取成型
将上述悬浮液在长网或圆网造纸机上抄取成型。
e.干燥
将抄取成型的板材在烘干机中蒸发水分烘干，烘干设备可采用远红外烘干机、导热油烘干机、高频电流振荡烘干机和蒸气烘干机。
f.硫化
将干燥的抄取板材在平板硫化机上加压、加温，使胶料中的橡胶和硫化剂、异氰酸酯交联剂等发生化学交联，从而改善产品的综合性能。硫化温度为125～150℃，硫化压力4.5～6.7MPa，硫化时间10～20min。
实施例一：本实施例中非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的各组份及其配比(干质量百分比)如下：
                                配方A
芳砜纶浆粕                      13.00％
玻璃纤维(L/D＝200)              12.00％
纤维状海泡石                    25.00％
天然橡胶乳液                    20.00％
氧化锌                          0.20％
防老剂D                         0.20％
酪素                            0.13％
氢氧化钾                        0.03％
羊毛脂                          0.04％
促进剂TMTD                      0.18％
硫磺                            0.20％
可水分散的封闭型异氰酸酯乳液    2.02％
纳米粘土                        5.00％
石膏晶须                   5.00％
碳酸钙                     7.00％
滑石粉                     5.00％
硅藻土                     5.00％
将上述各组份共50Kg(干质量)按以上湿法抄取成型工艺即为本发明的非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材，硫化条件为：硫化温度137℃，硫化压力6.4MPa，硫化时间19分钟。
根据相关标准和实验方法对其主要性能进行了检测，并与美国专利USP4,387,178和USP4,529,663的技术参数对比，结果如表1、表2所示。
表1 配方A研制板材的主要力学性能指标的测试结果
测试参数 测试标准 本发明配方A 与国外文献报导的同类产品对比
  USP4,387,178   USP4,529,663
横向抗张强度，MPa ASTM F152  11.5   6.20   7.2
压缩率，％ ASTM F36  16.8   34.6   4.2
回弹率，％ ASTM F36  58.7   23.8   64.0
蠕变松驰率，％ ASTM F38  20.5   60.8   -
柔软性 ASTM F147  无裂纹   -   -
表2配方A研制板材的耐常见化学腐蚀介质(室温，浸渍24小时)的失重率，％
  化学介质   本发明配方A   U.S.P.4,387,178对比
  30％HCL溶液   1.3   5.5
  30％H2SO4溶液   2.1   41.9
  5％NaOH溶液   0.5   9.8
Figure A20041001579400081
实施例二：本实施例中非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的各组份及其配比(干质量百分比)如下：
                                  配方B
Kevlar浆粕                        10.00％
玻璃纤维(L/D＝200)                12.00％
碳纤维(L/D＝160)                  5.00％
纤维状海泡石                     25.00％
丁腈橡胶乳液                     15.00％
羧基丁苯乳液                     5.00％
氧化锌                           0.30％
防老剂D                          0.20％
酪素                             0.02％
羊毛脂                           0.10％
促进剂ZDC                        0.20％
硫磺                             0.30％
可水分散的封闭型异氰酸酯乳液     2.52％
纳米粘土                         5.00％
石膏晶须                         4.36％
碳酸钙                           7.00％
滑石粉                           4.00％
硅藻土                           4.00％
将上述各组份50Kg(干质量)按以上湿法抄取成型工艺即为本发明的非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材，其中硫化条件为：硫化温度145℃，硫化压力6.4MPa，硫化时间，23分钟
根据相关标准和实验方法对其主要性能进行了检测，并与美国专利U.S.P.4,387,178的技术参数对比，结果如表3、表4所示
表3配方B研制板材的主要力学性能指标的测试结果
测试参数 测试标准 本发明配方B 与国外文献报导的同类产品对比
  USP4,387,178    USP.4,529,663
横向抗张强度，MPa ASTM F152  13.1   6.20    7.2
压缩率，％ ASTM F36  13.4   34.6    4.2
回弹率，％ ASTM F36  61.3   23.8    64.0
蠕变松驰率，％ ASTM F38  18.4   60.8    -
柔软性 ASTM F147  无裂纹   -    -
表4配方B研制板材的耐常见化学腐蚀介质(室温，浸渍24小时)的失重率，％
  化学介质    本发明配方A     U.S.P.4,387,178对比
  30％HCL溶液    0.3     5.5
  30％H2SO4溶液    1.1     41.9
  5％NaOH溶液    0.5     9.8
从上述实施例可见，在纳米粘土、有机与无机非石棉纤维(或浆粘)的混杂增强，以及异氰酸酯基团的交联下，本发明的非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的主要性能全面超越了国外文献报导的同类产品。

Claims (2)

1.一种非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的制造成型工艺方法，包括原料准备，即非石棉纤维、橡胶乳液、交联剂、填料、辅助添加剂等各原料组份的准备和配方；非石棉纤维的处理；乳胶的配制；悬浮液的制备；抄取成型；干燥和辊压硫化，其特征在于，采用特殊的原料组份配比，各原料组份及其配比(干质量百分比)如下：
非石棉纤维            35-70％        橡胶乳液         10-25％
交联剂                1-2.5％        特殊填料纳米粘土  5-15％
特殊填料矿物微纤      5-15％         一般填料          7-35％
橡胶配合剂包括以下各物质：
硫化剂硫磺            0.08-0.40％    促进剂             0.07-0.40％
防老剂                0.08-0.40％    硫化活性剂为氧化锌 0.3-2.0％
稳定剂                0.10-0.40％    消泡剂             0.02-0.10％；
上述各原料组份构成100％的配料混合物；
上述各原料组份中具体采用的原料如下：
非石棉纤维可以是芳纶纤维或浆粕、芳砜纶纤维或浆粕、酚醛纤维、玻璃纤维、碳纤维、钢纤维和纤维状海泡石的一种或多种的混合物；
橡胶乳液可以是天然橡胶乳液、丁苯橡胶乳液(包括羧基丁苯乳液)、丁腈橡胶乳液(包括羧基丁腈乳液)、氯丁橡胶乳液、乙丙橡胶乳液、硅橡胶乳液、氟橡胶乳液和水性聚氨酯乳液的一种或多种的混合物；
交联剂可以是可水分散的封闭型异氰酸酯乳液或长活性期的水乳化异氰酸酯；
特殊填料包括纳米粘土与矿物微纤，其中矿物微纤可以是石膏晶须、氧化锌晶须、硼酸铝晶须和钛酸钾晶须的一种或多种的混合物；
一般填料可以是粉末碳酸钙、重晶石、滑石粉、硅藻土、高岭土、陶土和碳黑的一种或多种的混合物；
橡胶配合剂，其中硫化剂为硫磺，促进剂可以是促进剂TMTD、促进剂M、促进剂DM、促进剂ZDC的一种或多种的混合物，防老剂可为防老剂D、防老剂264、防老剂4010NA中的一种或多种的混合物，稳定剂为酪素和氢氧化钾的一种或其混合物，消泡剂为辛醇、羊毛脂和硅油中的一种或其混合物。
2.根据权利要求1所述的非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材的制造成型工艺方法，其特征在于，其成型工艺采用传统惯用的成型工艺，其具体工艺步骤如下：
a.非石棉纤维的处理，其中包括：纤维的切短、纤维的开松、纤维的表面
  处理；
b.胶乳的配制；
c.悬浮液的制备
d.抄取成型
e.干燥及辊压硫化，硫化工艺参数为：硫化温度为125～150℃，硫化压力
  4.5～6.7MPa，硫化时间10～20min；
最终制得非石棉纤维增强乳胶密封垫片板材。
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