專利名稱：非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法，屬纖維增強橡膠彈性體復合材料制造工藝技術領域。
背景技術：
纖維增強彈性體流體密封材料的非石棉化，是當今環(huán)保發(fā)展的必然要求。美國、日本和澳大利亞的許多跨國公司早在1984年，即以芳綸耐溫有機纖維或碳纖維代替石棉，采用壓縮石棉(CA)法生產非石棉密封墊片。1992年我們基于模壓法率先研制了我國第一代非石棉纖維增強丁腈橡膠板材，其基本性能與低壓石棉橡膠板材相當，但能夠使用的溫度范圍相當有限。1995年我們在國內首次設計了新型壓縮石棉法(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溶劑對環(huán)境仍然存在較大的污染。

發(fā)明內容
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乳膠密封墊片板材的制備成型工藝方法，改善生產環(huán)境，且能制造機械與密封性能均優(yōu)良的墊片板材。
本發(fā)明的一種非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法，包括原料準備，即非石棉纖維、橡膠乳液、交聯劑、填料、輔助添加劑等各原料組份的準備和配方；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(干質量百分比)如下非石棉纖維 35-70％橡膠乳液10-25％交聯劑 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硫化劑硫磺0.08-0.40％ 促進劑 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；交聯劑可以是可水分散的封閉型異氰酸酯乳液或長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，促進劑可以是促進劑TMTD、促進劑M、促進劑DM、促進劑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，硫化工藝參數為硫化溫度為125～150℃，硫化壓力4.5～6.7MPa，硫化時間10～20min；最終制得非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材。
本發(fā)明方法制得的非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材具有較好的力學性能，如橫向抗張強度、壓縮率、回彈率、蠕變松弛率、柔軟性等；并且有較好的耐化學腐蝕性。另外，由于密封材料原材料中采用納米粘土與有機、無機非石棉纖維作為增強和耐熱相，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施方式
現將本發(fā)明的具體實施例敘述于后本發(fā)明非石棉增強乳膠墊片板材的成型工藝流程圖可參見圖1，本發(fā)明方法的工藝流程中的各步驟說明如下a.非石棉纖維的處理①纖維的切短非石棉纖維的切短應控制其初始長徑比L/D應為100-200。纖維的類別不同，其強度和韌性差別較大。對于韌性較差的無機類非石棉纖維，如玻璃纖維、礦渣棉、鈦酸鹽纖維等，初始長徑比取200為好；而對于芳砜綸、芳綸、Apmoc等本身韌性極好的有機纖維，則宜選100-120，否則將給成型時與橡膠和填料的均勻分散造成困難，而且導致纖維在板樹中定向作用較差，無法保證材料的強度。
②纖維的開松纖維的松散程度直接影響到混料過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內，通過高速旋轉葉片的撞擊作用，將結團的纖維分散開。對有機纖維，在開松過程中可加入少量石墨、炭黑或其它無機填料，消除因機械摩擦所產生的靜電作用而使纖維再次結團現象。
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度的關鍵之一。本發(fā)明采用“遷移法”對非石棉纖維進行表面處理，即將常溫封閉型異氰酸酯乳液或長活性期的水乳化異氰酸酯交聯劑直接加入橡膠乳液中混合，在打漿過程中“遷移”至纖維表面，并在板材的受熱硫化的過程中“激活”的異氰酸酯基便產生交聯作用。
b.膠乳的配制根據配方稱取適量的橡膠乳液，并根據乳液的含固量配制相應的乳膠配合劑(硫化劑、促進劑、防老劑、硫化活性劑和穩(wěn)定劑)與異氰酸酯交聯劑，加入球磨機中，并添加少量軟水后研磨，過濾后待用。
c.懸浮液的制備將預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網或圓網造紙機上抄取成型。
e.干燥將抄取成型的板材在烘干機中蒸發(fā)水分烘干，烘干設備可采用遠紅外烘干機、導熱油烘干機、高頻電流振蕩烘干機和蒸氣烘干機。
f.硫化將干燥的抄取板材在平板硫化機上加壓、加溫，使膠料中的橡膠和硫化劑、異氰酸酯交聯劑等發(fā)生化學交聯，從而改善產品的綜合性能。硫化溫度為125～150℃，硫化壓力4.5～6.7MPa，硫化時間10～20min。
實施例一本實施例中非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材的各組份及其配比(干質量百分比)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，硫化時間19分鐘。
根據相關標準和實驗方法對其主要性能進行了檢測，并與美國專利USP4,387,178和USP4,529,663的技術參數對比，結果如表1、表2所示。
表1 配方A研制板材的主要力學性能指標的測試結果

表2配方A研制板材的耐常見化學腐蝕介質(室溫，浸漬24小時)的失重率，％


實施例二本實施例中非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材的各組份及其配比(干質量百分比)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，硫化時間，23分鐘根據相關標準和實驗方法對其主要性能進行了檢測，并與美國專利U.S.P.4,387,178的技術參數對比，結果如表3、表4所示表3配方B研制板材的主要力學性能指標的測試結果

表4配方B研制板材的耐常見化學腐蝕介質(室溫，浸漬24小時)的失重率，％

從上述實施例可見，在納米粘土、有機與無機非石棉纖維(或漿粘)的混雜增強，以及異氰酸酯基團的交聯下，本發(fā)明的非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材的主要性能全面超越了國外文獻報導的同類產品。
權利要求
1.一種非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法，包括原料準備，即非石棉纖維、橡膠乳液、交聯劑、填料、輔助添加劑等各原料組份的準備和配方；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(干質量百分比)如下非石棉纖維35-70％橡膠乳液 10-25％交聯劑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硫化劑硫磺0.08-0.40％促進劑 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；交聯劑可以是可水分散的封閉型異氰酸酯乳液或長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，促進劑可以是促進劑TMTD、促進劑M、促進劑DM、促進劑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.根據權利要求1所述的非石棉纖維增強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，硫化工藝參數為硫化溫度為125～150℃，硫化壓力4.5～6.7MPa，硫化時間10～20min；最終制得非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材的制造成型工藝方法，屬纖維增強橡膠彈性體復合材料制造工藝技術領域。本發(fā)明方法包括原料準備，即非石棉纖維、橡膠乳液、交聯劑、填料、輔助添加劑等各原料組份的準備和配方；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，制得本產品。本發(fā)明提供了一種對環(huán)境友好，無污染的制造方法，而且本發(fā)明的非石棉纖維增強乳膠密封墊片板材具有較好的力學性能，并且具有較好的耐化學腐蝕性。
文檔編號C08L21/00GK1557865SQ20041001579
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月13日 優(yōu)先權日2004年1月13日
發(fā)明者胡宏玖, 劉紅, 謝蘇江, 趙俊瑾 申請人:上海大學