阅读说明：本技术 一种无石棉密封垫片的制备方法 (Preparation method of asbestos-free sealing gasket ) 是由 黄昌俊 于 2020-04-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种无石棉密封垫片的制备方法,属于密封材料技术领域。本发明在制备的复合纤维中,聚合物分子链至少能以两种形式与蛭石硅酸盐片层结合,一是聚合物分子链以物理吸附的形式直接与硅酸盐内外表面结合在一起,二是通过蛭石硅酸盐片层间烷基胺(铵)分子与聚合物分子链“相容”,间接地与蛭石硅酸盐片层结合在一起；对于复合纤维而言,层状硅酸盐在聚合物基体中相当于“物理交联点”,该“物理交联点”与聚合物分子链“钉锚”在一起,使材料的冲击性能和弯曲性能得到改善；无石棉密封垫片中蛭石硅酸盐层片的离散程度越大,或片层间距越大,聚合物分子链与硅酸盐片层的结合几率也就越大,“物理交联点”也越多,因此增强增韧效果越好。(The invention relates to a preparation method of a non-asbestos sealing gasket, belonging to the technical field of sealing materials. In the prepared composite fiber, polymer molecular chains can be combined with vermiculite silicate sheets in at least two forms, wherein the polymer molecular chains are directly combined with the inner and outer surfaces of silicate in a physical adsorption form, and are indirectly combined with the vermiculite silicate sheets through the compatibility of alkylamine (ammonium) molecules among the vermiculite silicate sheets and the polymer molecular chains; for the composite fiber, the layered silicate is equivalent to a 'physical crosslinking point' in a polymer matrix, and the 'physical crosslinking point' is in anchor connection with a polymer molecular chain, so that the impact property and the bending property of the material are improved; the larger the dispersion degree of the vermiculite silicate lamina in the asbestos-free sealing gasket is, or the larger the lamina interval is, the larger the combination probability of the polymer molecular chain and the silicate lamina is, and the more the physical cross-linking points are, so that the better the reinforcing and toughening effect is.)

一种无石棉密封垫片的制备方法

技术领域

本发明涉及一种无石棉密封垫片的制备方法，属于密封材料技术领域。

背景技术

密封技术是与材料种类、设计方法及制造技术密切结合的一门复杂通用技术，由于长期以来一直不被人们所重视，导致产品和装备泄漏事故经常发生。这不只会造成能源浪费，严重者甚至引起燃烧、***等恶性事件。全世界几乎每年都会发生由于密封失效而引起的重大事故。震惊世界的印度博帕尔事件以及美国挑战者号失事等都是慘痛教训。由此可见，密封装置虽小，但其密封性能的好坏直接关系到能源与环境保护以及人身安全。

系统密封的优劣由选用的密封材料、系统的结构设计和配件制造技术共同决定。其中能够决定系统密封寿命和可靠性的是密封材料的选择。密封材料一般是指安装在机械设备、仪表，管道等的各种接合区域，用来填充接合面缝隙、密封接头或者包封元器件，防止内部介质(气体、液体和尘埃等)泄漏或外部介质侵入，或者防止机械的冲击、振动和损伤，从而达到密封、绝缘、绝热和隔音等作用的材料。从广义上讲，凡是用一种材料或装置密封一个接触部位或缝隙，使介质***漏，都称为密封。设类装置或材料一般都能通过受压变形或流动润湿而与接头、缝隙等凹凸不平的表面紧密接触以达到密封的目的。

石棉橡胶或乳胶板是目前通用的密封垫片材料。但由于以石棉为增强材料，难免在生产、使用、安装、维修等环节中存在石棉粉尘污染问题。由于石棉粉尘对人体健康有影响，在我国加入世界贸易组织和人民生活水平不断提高的情况下，石棉橡胶密封材料的进一步发展受到限制。近年来，我国的无石棉密封材料方面的研究取得一定进展。但一般的无石棉密封材料仍然以苯或汽油等有机溶剂为橡胶的溶剂，导致生产中产生大量有害气体，有损人体健康，污染环境，同时生产成本也增高。在无溶剂的情况下直接将橡胶与无机纤维干法混练成型来制备密封材料的方法，存在纤维不易分散均匀和纤维开松不够的问题。目前以水为溶剂、乳胶为粘合剂、以水镁石、海泡石等纤维为增强材料的湿法抄取成型工艺，纤维的分散有所改进。但这种方法是采用石棉乳胶板生产工艺中纤维的松解方法，即在水溶液中用机械研磨的方法松解矿物纤维，由于海泡石、水镁石等矿物纤维的耐磨性远不及石棉纤维，研磨中纤维强度损失很大，不能充分发挥纤维的增强作用。同时，这种湿法工艺的产品耐水耐油性不好，应用范围受到限制。另外，作为纤维复合密封材料，其产品还存在自润滑性不好，有毛细渗漏等问题。相比较而言，柔性石墨密封材料具有较好的综合密封性能。但强度较低，制作厚度有限，使用时易产生脆裂压溃。价格一般也高于纤维橡胶板。另外，由于柔性石墨的生产原料膨胀石墨生产中以酸作为插层剂，因而柔性石墨密封材料一般还存在残酸腐蚀密封面的问题。

近100年来，研制的非金属垫片主要是由橡胶、树脂、聚四氣己稀、石棉等非金属材料制成。而含有石棉的非金属垫片显示了其优良的拉伸强度、蠕变松弛性能、耐热和耐介质性能等，制成的密封垫片在高温、高压的密封场合性能显得尤为优越。但是，在生产或是使用含石棉的密封垫片过程中，石棉会***出极细小的元纤维，该细小的元纤维对人类的健康造成极其严重的危害。二十世纪末期，工业发达的国家率先寻求适合的无石棉纤维以替代石棉的使用，要求研制的新型无石棉密封垫片材料既具有较高的强度，又具有良好的回弹性，同时还具有超强的抗渗透性能，可在高溫高压下取代石棉垫片的良好环保材料。

人类社会的不断发展推进了工业文明时代和生态文明同步的前行，提倡创建资源节药型、环境友好型和低碳经济型社会，这己成为当前时代的主旋律。而今，我国正面临着工业化发展和生态化保护的双重目标任务，工业发展的同时肯定会颁布一些更加严格的环保法规限制石棉制品的使用。在机械、设备、管道中只要有流体的地方就需要密封垫片，

统计表明70%的灾难性事故都与密封垫片的使用不当有关。因此，设计的新型无石棉密封垫片材料应既具有较高的强度，又具有良好的回弹性，同时还具有超强的抗渗透性能，可在高溫高压下取代石棉垫片的良好环保材料来工业发展的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有的无石棉密封材料的耐高温性能和强度较差的问题，提供了一种无石棉密封垫片的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：

（1）将蛭石和酚醛树脂混合置于双螺杆挤出机中，熔融共混，即得熔融物，将熔融物置于静电纺丝装置上的注射器中静电纺丝，即得素丝；

（2）将素丝浸泡在混合溶液中，交联固化后，过滤即得固化纤维，用去离子水冲洗固化纤维3～5次，并在室温下自然晾干，即得复合纤维；

（3）取复合纤维、羧基丁苯胶乳、硫黄、硫化促进剂TMTD、氧化锌、去离子水，将复合纤维和去离子水混合置于打浆机中，打浆处理，即得悬浮液，在悬浮液中加入羧基丁苯胶乳、硫黄、硫化促进剂TMTD和氧化锌，搅拌混合，即得混合浆料；

（4）将混合浆料置于纸样抄取器中进行抄取成张，即得湿纸张，将湿纸张置于平板硫化机中，常压预硫化处理，即得半成品，将半成品进行硫化处理，冷却至室温，即得无石棉密封垫片。

步骤（1）所述的熔融共混步骤为：按质量比1∶5将蛭石和酚醛树脂混合置于双螺杆挤出机中，在温度为160～180℃，转速为100～120r/min下熔融共混20～30min。

步骤（1）所述的静电纺丝步骤为：将熔融物置于静电纺丝装置上的注射器中，在纺丝温度为170～180℃，纺丝电压为40～45kV，接收距离为8～10cm下静电纺丝。

步骤（2）所述的混合溶液的制备步骤为：按质量比5∶8将乌洛托品和去离子水混合均匀，即得混合溶液。

步骤（2）所述的交联固化步骤为：将素丝浸泡在混合溶液中，并置于温度为60～70℃的真空干燥箱中交联固化5～6h。

步骤（3）所述的复合纤维、羧基丁苯胶乳、硫黄、硫化促进剂TMTD、氧化锌、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取30～50份复合纤维、15～30份羧基丁苯胶乳、1～5份硫黄、1～3份硫化促进剂TMTD、1～3份氧化锌、160～200份去离子水。

步骤（3）所述的打浆处理步骤为：将复合纤维和去离子水混合置于打浆机中，在打浆速度为230～300r/min下打浆20～30min。

步骤（3）所述的搅拌混合步骤为：在悬浮液中加入羧基丁苯胶乳、硫黄、硫化促进剂TMTD和氧化锌，在搅拌速度为150～200r/min下搅拌混合25～30min。

步骤（4）所述的常压预硫化处理步骤为：将湿纸张置于平板硫化机中，在温度为140～150℃下常压预硫化3～5min。

步骤（4）所述的硫化处理步骤为：将半成品在温度为150～160℃，压力为3～5MPa下硫化10～15min。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明将蛭石和酚醛树脂熔融混合，并采用静电纺丝制备出复合酚醛纤维，将复合酚醛纤维进行打浆分散处理，以羧基丁苯胶乳为粘结剂，结合其他配合剂，采用抄取工艺制备出一种无石棉密封垫片；在制备的复合纤维中，聚合物分子链至少能以两种形式与蛭石硅酸盐片层结合，一是聚合物分子链以物理吸附的形式直接与硅酸盐内外表面结合在一起，二是通过蛭石硅酸盐片层间烷基胺(铵)分子与聚合物分子链“相容”，间接地与蛭石硅酸盐片层结合在一起；正是这两种结合区域均为纳米尺度的平方，因此它们的集合效应将是很大的；对于复合纤维而言，层状硅酸盐在聚合物基体中相当于“物理交联点”，该“物理交联点”与聚合物分子链“钉锚”在一起，因此，当体系受到外力作用时，这些“物理交联点”受到破坏，吸收能量，使材料的冲击性能和弯曲性能得到改善；无石棉密封垫片中蛭石硅酸盐层片的离散程度越大，或片层间距越大，聚合物分子链与硅酸盐片层的结合几率也就越大，“物理交联点”也越多，因此增强增韧效果越好；

（2）本发明中蛭石是一种在高温下会膨胀的矿物硅酸盐，具有膨胀性；阳离子交换性和吸附性；膨胀蛭石也具有良好的吸水性；隔音性；隔热性和耐火性；耐冻性；膨胀蛭石的化学性质稳定，因此制备的无石棉密封垫片具有良好的耐高温性能；

（3）本发明中酚醛纤维是一种三维交联的阻燃有机纤维，从化学组成上来看，大约含76%的碳、18%的氧和6%的氢，不含其他元素，是一种无结晶、无取向的体型结构聚合物；酚醛纤维抗燃性能突出，LOI达30%～34%，并具有自熄性，在火焰中不熔融，冒烟少；碳化中能保持原有的形态，碳化率为50%～60%；隔音效果好，导热系数较小，并对γ射线有较高的抵抗性；羧基丁苯胶乳是由丁二烯和苯乙烯进行乳液共聚合而制成的胶乳，羧基丁苯胶乳能与其它胶乳以任何比例混合，具有良好的粘着性，扩散性优异；其机械稳定性优于天然胶乳，又具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能和对化学物质的稳定性。

具体实施方式

按质量比1∶5将蛭石和酚醛树脂混合置于双螺杆挤出机中，在温度为160～180℃，转速为100～120r/min下熔融共混20～30min，即得熔融物，将熔融物置于静电纺丝装置上的注射器中，在纺丝温度为170～180℃，纺丝电压为40～45kV，接收距离为8～10cm下静电纺丝，即得素丝；按质量比5∶8将乌洛托品和去离子水混合均匀，即得混合溶液，将素丝浸泡在混合溶液中，并置于温度为60～70℃的真空干燥箱中交联固化5～6h后，过滤即得固化纤维，用去离子水冲洗固化纤维3～5次，并在室温下自然晾干，即得复合纤维；按重量份数计，分别称取30～50份复合纤维、15～30份羧基丁苯胶乳、1～5份硫黄、1～3份硫化促进剂TMTD、1～3份氧化锌、160～200份去离子水，将复合纤维和去离子水混合置于打浆机中，在打浆速度为230～300r/min下打浆20～30min，即得悬浮液，在悬浮液中加入羧基丁苯胶乳、硫黄、硫化促进剂TMTD和氧化锌，在搅拌速度为150～200r/min下搅拌混合25～30min，即得混合浆料；将混合浆料置于纸样抄取器中进行抄取成张，即得湿纸张，将湿纸张置于平板硫化机中，在温度为140～150℃下常压预硫化3～5min，即得半成品，将半成品在温度为150～160℃，压力为3～5MPa下硫化10～15min，冷却至室温，即得无石棉密封垫片。

实施例1

按质量比1∶5将蛭石和酚醛树脂混合置于双螺杆挤出机中，在温度为160℃，转速为100r/min下熔融共混20min，即得熔融物，将熔融物置于静电纺丝装置上的注射器中，在纺丝温度为170℃，纺丝电压为40kV，接收距离为8cm下静电纺丝，即得素丝；按质量比5∶8将乌洛托品和去离子水混合均匀，即得混合溶液，将素丝浸泡在混合溶液中，并置于温度为60℃的真空干燥箱中交联固化5h后，过滤即得固化纤维，用去离子水冲洗固化纤维3次，并在室温下自然晾干，即得复合纤维；按重量份数计，分别称取30份复合纤维、15份羧基丁苯胶乳、1份硫黄、1份硫化促进剂TMTD、1份氧化锌、160份去离子水，将复合纤维和去离子水混合置于打浆机中，在打浆速度为230r/min下打浆20min，即得悬浮液，在悬浮液中加入羧基丁苯胶乳、硫黄、硫化促进剂TMTD和氧化锌，在搅拌速度为150r/min下搅拌混合25min，即得混合浆料；将混合浆料置于纸样抄取器中进行抄取成张，即得湿纸张，将湿纸张置于平板硫化机中，在温度为140℃下常压预硫化3min，即得半成品，将半成品在温度为150℃，压力为3MPa下硫化10min，冷却至室温，即得无石棉密封垫片。

实施例2

按质量比1∶5将蛭石和酚醛树脂混合置于双螺杆挤出机中，在温度为170℃，转速为110r/min下熔融共混25min，即得熔融物，将熔融物置于静电纺丝装置上的注射器中，在纺丝温度为175℃，纺丝电压为43kV，接收距离为9cm下静电纺丝，即得素丝；按质量比5∶8将乌洛托品和去离子水混合均匀，即得混合溶液，将素丝浸泡在混合溶液中，并置于温度为65℃的真空干燥箱中交联固化5.5h后，过滤即得固化纤维，用去离子水冲洗固化纤维4次，并在室温下自然晾干，即得复合纤维；按重量份数计，分别称取40份复合纤维、17份羧基丁苯胶乳、3份硫黄、2份硫化促进剂TMTD、2份氧化锌、180份去离子水，将复合纤维和去离子水混合置于打浆机中，在打浆速度为265r/min下打浆25min，即得悬浮液，在悬浮液中加入羧基丁苯胶乳、硫黄、硫化促进剂TMTD和氧化锌，在搅拌速度为175r/min下搅拌混合27min，即得混合浆料；将混合浆料置于纸样抄取器中进行抄取成张，即得湿纸张，将湿纸张置于平板硫化机中，在温度为145℃下常压预硫化4min，即得半成品，将半成品在温度为155℃，压力为4MPa下硫化13min，冷却至室温，即得无石棉密封垫片。

实施例3

按质量比1∶5将蛭石和酚醛树脂混合置于双螺杆挤出机中，在温度为180℃，转速为120r/min下熔融共混30min，即得熔融物，将熔融物置于静电纺丝装置上的注射器中，在纺丝温度为180℃，纺丝电压为45kV，接收距离为10cm下静电纺丝，即得素丝；按质量比5∶8将乌洛托品和去离子水混合均匀，即得混合溶液，将素丝浸泡在混合溶液中，并置于温度为70℃的真空干燥箱中交联固化6h后，过滤即得固化纤维，用去离子水冲洗固化纤维5次，并在室温下自然晾干，即得复合纤维；按重量份数计，分别称取50份复合纤维、30份羧基丁苯胶乳、5份硫黄、3份硫化促进剂TMTD、3份氧化锌、200份去离子水，将复合纤维和去离子水混合置于打浆机中，在打浆速度为300r/min下打浆30min，即得悬浮液，在悬浮液中加入羧基丁苯胶乳、硫黄、硫化促进剂TMTD和氧化锌，在搅拌速度为200r/min下搅拌混合30min，即得混合浆料；将混合浆料置于纸样抄取器中进行抄取成张，即得湿纸张，将湿纸张置于平板硫化机中，在温度为150℃下常压预硫化5min，即得半成品，将半成品在温度为160℃，压力为5MPa下硫化15min，冷却至室温，即得无石棉密封垫片。

将本发明制备的无石棉密封垫片及市售密封垫片进行性能检测，具体检测结果如下表表1。

测试方法：

性能测试方案：

（1）拉伸强度实验：

按GB/T20671.7《非金属材料分类体系及实验方法》第走部分:非金属垫片材料拉伸强度试验方法。

烧失量实验

按GB/TF27793《抄取法无石棉纤维垫片材料》5.9烧失量的测定。

压缩与回弹性特性实验：

按GB/T20671.2《非金属材料分类体系及实验方法》第二部分:垫片材料压.缩率回弹率实验方法。

表1无石棉密封垫片材料性能表征

由表1可知，本发明制备的无石棉密封垫片材料，拉伸强度好，烧失量低，回弹率高，综合性能优异，具有广阔的市场价值和应用前景。