專利名稱：非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法，屬纖維增強(qiáng)橡膠彈性體復(fù)合材料制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)彈性體流體密封材料的非石棉化，是當(dāng)今環(huán)保發(fā)展的必然要求。美國(guó)、日本和澳大利亞的許多跨國(guó)公司早在1984年，即以芳綸耐溫有機(jī)纖維或碳纖維代替石棉，采用壓縮石棉(CA)法生產(chǎn)非石棉密封墊片。1992年我們基于模壓法率先研制了我國(guó)第一代非石棉纖維增強(qiáng)丁腈橡膠板材，其基本性能與低壓石棉橡膠板材相當(dāng)，但能夠使用的溫度范圍相當(dāng)有限。1995年我們?cè)趪?guó)內(nèi)首次設(shè)計(jì)了新型壓縮石棉法(NCA)成型工藝，并以芳砜綸、芳綸、玻璃或碳纖維代替石棉，開發(fā)了部分中高壓非石棉纖維增強(qiáng)橡膠材料，由于壓縮石棉法使用大量的苯、二甲苯或汽油等有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境仍然存在較大的污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)境友好的非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的制備成型工藝方法，改善生產(chǎn)環(huán)境，且能制造機(jī)械與密封性能均優(yōu)良的墊片板材。
本發(fā)明的一種非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法，包括原料準(zhǔn)備，即非石棉纖維、橡膠乳液、交聯(lián)劑、填料、輔助添加劑等各原料組份的準(zhǔn)備和配方；非石棉纖維的處理；乳膠的配制；懸浮液的制備；抄取成型；干燥和輥壓硫化，其特征在于，采用特殊的原料組份配比，各原料組份及其配比(干質(zhì)量百分比)如下非石棉纖維 35-70％橡膠乳液10-25％交聯(lián)劑 1-2.5％特殊填料納米粘土5-15％特殊填料礦物微纖5-15％ 一般填料7-35％橡膠配合劑包括以下各物質(zhì)硫化劑硫磺0.08-0.40％ 促進(jìn)劑 0.07-0.40％防老劑0.08-0.40％ 硫化活性劑為氧化鋅 0.3-2.0％穩(wěn)定劑0.10-0.40％ 消泡劑 0.02-0.10％；
上述各原料組份構(gòu)成100％的配料混合物；上述各原料組份中具體采用的原料如下非石棉纖維可以是芳綸纖維或漿粕、芳砜綸纖維或漿粕、酚醛纖維、玻璃纖維、碳纖維、鋼纖維和纖維狀海泡石的一種或多種的混合物；橡膠乳液可以是天然橡膠乳液、丁苯橡膠乳液(包括羧基丁苯乳液)、丁腈橡膠乳液(包括羧基丁腈乳液)、氯丁橡膠乳液、乙丙橡膠乳液、硅橡膠乳液、氟橡膠乳液和水性聚氨酯乳液的一種或多種的混合物；交聯(lián)劑可以是可水分散的封閉型異氰酸酯乳液或長(zhǎng)活性期的水乳化異氰酸酯；特殊填料包括納米粘土與礦物微纖，其中礦物微纖可以是石膏晶須、氧化鋅晶須、硼酸鋁晶須和鈦酸鉀晶須的一種或多種的混合物；一般填料可以是粉末碳酸鈣、重晶石、滑石粉、硅藻土、高嶺土、陶土和碳黑的一種或多種的混合物；橡膠配合劑，其中硫化劑為硫磺，促進(jìn)劑可以是促進(jìn)劑TMTD、促進(jìn)劑M、促進(jìn)劑DM、促進(jìn)劑ZDC的一種或多種的混合物，防老劑可為防老劑D、防老劑264、防老劑4010NA中的一種或多種的混合物，穩(wěn)定劑為酪素和氫氧化鉀的一種或其混合物，消泡劑為辛醇、羊毛脂和硅油中的一種或其混合物。
本發(fā)明的非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法，其具體工藝步驟如下a.非石棉纖維的處理，其中包括纖維的切短、纖維的開松、纖維的表面處理；b.膠乳的配制；c.懸浮液的制備d.抄取成型e.干燥及輥壓硫化，硫化工藝參數(shù)為硫化溫度為125～150℃，硫化壓力4.5～6.7MPa，硫化時(shí)間10～20min；最終制得非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材。
本發(fā)明方法制得的非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材具有較好的力學(xué)性能，如橫向抗張強(qiáng)度、壓縮率、回彈率、蠕變松弛率、柔軟性等；并且有較好的耐化學(xué)腐蝕性。另外，由于密封材料原材料中采用納米粘土與有機(jī)、無(wú)機(jī)非石棉纖維作為增強(qiáng)和耐熱相，因此可使用于較高的溫度、壓力條件下作密封墊片材料。


圖1為本發(fā)明非石棉乳膠墊片板材濕法抄取成型工藝流程圖具體實(shí)施方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后本發(fā)明非石棉增強(qiáng)乳膠墊片板材的成型工藝流程圖可參見(jiàn)圖1，本發(fā)明方法的工藝流程中的各步驟說(shuō)明如下a.非石棉纖維的處理①纖維的切短非石棉纖維的切短應(yīng)控制其初始長(zhǎng)徑比L/D應(yīng)為100-200。纖維的類別不同，其強(qiáng)度和韌性差別較大。對(duì)于韌性較差的無(wú)機(jī)類非石棉纖維，如玻璃纖維、礦渣棉、鈦酸鹽纖維等，初始長(zhǎng)徑比取200為好；而對(duì)于芳砜綸、芳綸、Apmoc等本身韌性極好的有機(jī)纖維，則宜選100-120，否則將給成型時(shí)與橡膠和填料的均勻分散造成困難，而且導(dǎo)致纖維在板樹中定向作用較差，無(wú)法保證材料的強(qiáng)度。
②纖維的開松纖維的松散程度直接影響到混料過(guò)程中纖維與基體橡膠乳液及填料的混合效果。開松即是將非石棉纖維加入高速纖維開松機(jī)內(nèi)，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)葉片的撞擊作用，將結(jié)團(tuán)的纖維分散開。對(duì)有機(jī)纖維，在開松過(guò)程中可加入少量石墨、炭黑或其它無(wú)機(jī)填料，消除因機(jī)械摩擦所產(chǎn)生的靜電作用而使纖維再次結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。
③纖維的表面處理由于非石棉纖維與橡膠基體的直接親和性均不如石棉，纖維的比表面積也不如石棉纖維大，因此，非石棉纖維的表面處理就成為提高非石棉橡膠密封板材強(qiáng)度的關(guān)鍵之一。本發(fā)明采用“遷移法”對(duì)非石棉纖維進(jìn)行表面處理，即將常溫封閉型異氰酸酯乳液或長(zhǎng)活性期的水乳化異氰酸酯交聯(lián)劑直接加入橡膠乳液中混合，在打漿過(guò)程中“遷移”至纖維表面，并在板材的受熱硫化的過(guò)程中“激活”的異氰酸酯基便產(chǎn)生交聯(lián)作用。
b.膠乳的配制根據(jù)配方稱取適量的橡膠乳液，并根據(jù)乳液的含固量配制相應(yīng)的乳膠配合劑(硫化劑、促進(jìn)劑、防老劑、硫化活性劑和穩(wěn)定劑)與異氰酸酯交聯(lián)劑，加入球磨機(jī)中，并添加少量軟水后研磨，過(guò)濾后待用。
c.懸浮液的制備將預(yù)處理好的非石棉纖維、納米粘土(水懸浮液)與礦物微纖、一般填料和配制好的膠乳加入槽式打漿機(jī)中，混合均勻，并加入水稀釋，靜態(tài)沉降制備懸浮液。
d.抄取成型將上述懸浮液在長(zhǎng)網(wǎng)或圓網(wǎng)造紙機(jī)上抄取成型。
e.干燥將抄取成型的板材在烘干機(jī)中蒸發(fā)水分烘干，烘干設(shè)備可采用遠(yuǎn)紅外烘干機(jī)、導(dǎo)熱油烘干機(jī)、高頻電流振蕩烘干機(jī)和蒸氣烘干機(jī)。
f.硫化將干燥的抄取板材在平板硫化機(jī)上加壓、加溫，使膠料中的橡膠和硫化劑、異氰酸酯交聯(lián)劑等發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，從而改善產(chǎn)品的綜合性能。硫化溫度為125～150℃，硫化壓力4.5～6.7MPa，硫化時(shí)間10～20min。
實(shí)施例一本實(shí)施例中非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的各組份及其配比(干質(zhì)量百分比)如下配方A芳砜綸漿粕 13.00％玻璃纖維(L/D＝200) 12.00％纖維狀海泡石25.00％天然橡膠乳液20.00％氧化鋅 0.20％防老劑D 0.20％酪素0.13％氫氧化鉀0.03％羊毛脂 0.04％促進(jìn)劑TMTD 0.18％硫磺0.20％可水分散的封閉型異氰酸酯乳液2.02％納米粘土5.00％
石膏晶須 5.00％碳酸鈣 7.00％滑石粉 5.00％硅藻土 5.00％將上述各組份共50Kg(干質(zhì)量)按以上濕法抄取成型工藝即為本發(fā)明的非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材，硫化條件為硫化溫度137℃，硫化壓力6.4MPa，硫化時(shí)間19分鐘。
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其主要性能進(jìn)行了檢測(cè)，并與美國(guó)專利USP4,387,178和USP4,529,663的技術(shù)參數(shù)對(duì)比，結(jié)果如表1、表2所示。
表1 配方A研制板材的主要力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果

表2配方A研制板材的耐常見(jiàn)化學(xué)腐蝕介質(zhì)(室溫，浸漬24小時(shí))的失重率，％


實(shí)施例二本實(shí)施例中非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的各組份及其配比(干質(zhì)量百分比)如下配方BKevlar漿粕10.00％玻璃纖維(L/D＝200)12.00％碳纖維(L/D＝160) 5.00％
纖維狀海泡石 25.00％丁腈橡膠乳液 15.00％羧基丁苯乳液 5.00％氧化鋅 0.30％防老劑D 0.20％酪素 0.02％羊毛脂 0.10％促進(jìn)劑ZDC0.20％硫磺 0.30％可水分散的封閉型異氰酸酯乳液 2.52％納米粘土 5.00％石膏晶須 4.36％碳酸鈣 7.00％滑石粉 4.00％硅藻土 4.00％將上述各組份50Kg(干質(zhì)量)按以上濕法抄取成型工藝即為本發(fā)明的非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材，其中硫化條件為硫化溫度145℃，硫化壓力6.4MPa，硫化時(shí)間，23分鐘根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其主要性能進(jìn)行了檢測(cè)，并與美國(guó)專利U.S.P.4,387,178的技術(shù)參數(shù)對(duì)比，結(jié)果如表3、表4所示表3配方B研制板材的主要力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果

表4配方B研制板材的耐常見(jiàn)化學(xué)腐蝕介質(zhì)(室溫，浸漬24小時(shí))的失重率，％

從上述實(shí)施例可見(jiàn)，在納米粘土、有機(jī)與無(wú)機(jī)非石棉纖維(或漿粘)的混雜增強(qiáng)，以及異氰酸酯基團(tuán)的交聯(lián)下，本發(fā)明的非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的主要性能全面超越了國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的同類產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法，包括原料準(zhǔn)備，即非石棉纖維、橡膠乳液、交聯(lián)劑、填料、輔助添加劑等各原料組份的準(zhǔn)備和配方；非石棉纖維的處理；乳膠的配制；懸浮液的制備；抄取成型；干燥和輥壓硫化，其特征在于，采用特殊的原料組份配比，各原料組份及其配比(干質(zhì)量百分比)如下非石棉纖維35-70％橡膠乳液 10-25％交聯(lián)劑1-2.5％特殊填料納米粘土 5-15％特殊填料礦物微纖 5-15％ 一般填料 7-35％橡膠配合劑包括以下各物質(zhì)硫化劑硫磺0.08-0.40％促進(jìn)劑 0.07-0.40％防老劑0.08-0.40％硫化活性劑為氧化鋅 0.3-2.0％穩(wěn)定劑0.10-0.40％消泡劑 0.02-0.10％；上述各原料組份構(gòu)成100％的配料混合物；上述各原料組份中具體采用的原料如下非石棉纖維可以是芳綸纖維或漿粕、芳砜綸纖維或漿粕、酚醛纖維、玻璃纖維、碳纖維、鋼纖維和纖維狀海泡石的一種或多種的混合物；橡膠乳液可以是天然橡膠乳液、丁苯橡膠乳液(包括羧基丁苯乳液)、丁腈橡膠乳液(包括羧基丁腈乳液)、氯丁橡膠乳液、乙丙橡膠乳液、硅橡膠乳液、氟橡膠乳液和水性聚氨酯乳液的一種或多種的混合物；交聯(lián)劑可以是可水分散的封閉型異氰酸酯乳液或長(zhǎng)活性期的水乳化異氰酸酯；特殊填料包括納米粘土與礦物微纖，其中礦物微纖可以是石膏晶須、氧化鋅晶須、硼酸鋁晶須和鈦酸鉀晶須的一種或多種的混合物；一般填料可以是粉末碳酸鈣、重晶石、滑石粉、硅藻土、高嶺土、陶土和碳黑的一種或多種的混合物；橡膠配合劑，其中硫化劑為硫磺，促進(jìn)劑可以是促進(jìn)劑TMTD、促進(jìn)劑M、促進(jìn)劑DM、促進(jìn)劑ZDC的一種或多種的混合物，防老劑可為防老劑D、防老劑264、防老劑4010NA中的一種或多種的混合物，穩(wěn)定劑為酪素和氫氧化鉀的一種或其混合物，消泡劑為辛醇、羊毛脂和硅油中的一種或其混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法，其特征在于，其成型工藝采用傳統(tǒng)慣用的成型工藝，其具體工藝步驟如下a.非石棉纖維的處理，其中包括纖維的切短、纖維的開松、纖維的表面處理；b.膠乳的配制；c.懸浮液的制備d.抄取成型e.干燥及輥壓硫化，硫化工藝參數(shù)為硫化溫度為125～150℃，硫化壓力4.5～6.7MPa，硫化時(shí)間10～20min；最終制得非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法，屬纖維增強(qiáng)橡膠彈性體復(fù)合材料制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法包括原料準(zhǔn)備，即非石棉纖維、橡膠乳液、交聯(lián)劑、填料、輔助添加劑等各原料組份的準(zhǔn)備和配方；非石棉纖維的處理；乳膠的配制；懸浮液的制備；抄取成型；干燥和輥壓硫化，其特征在于，采用特殊的原料組份配比，利用傳統(tǒng)工藝，特別是濕法抄取成型工藝，制得本產(chǎn)品。本發(fā)明提供了一種對(duì)環(huán)境友好，無(wú)污染的制造方法，而且本發(fā)明的非石棉纖維增強(qiáng)乳膠密封墊片板材具有較好的力學(xué)性能，并且具有較好的耐化學(xué)腐蝕性。
文檔編號(hào)C08L21/00GK1557865SQ20041001579
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月13日
發(fā)明者胡宏玖, 劉紅, 謝蘇江, 趙俊瑾 申請(qǐng)人:上海大學(xué)