一种石棉基密封垫片的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种石棉基密封垫片。本实用新型的石棉基密封垫片在维持与现有技术的石棉基制品相比基本相当的密封性能、耐温性能和隔热性能的同时，显著减少石棉的用量，并兼具优异的自润滑性和回弹性能。
【专利说明】一种石棉基密封垫片
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种石棉基密封垫片，具体而言涉及一种耐高温密封垫片。
[0002]
【背景技术】
[0003]密封(比如耐高温密封，尤其是耐高温静密封)在化工、流体机械、电力以及热工水力试验等领域有着广泛的需求。为此，国内外的研究人员已经开发出了多种耐高温密封垫片，其中以石棉基密封垫片的应用最为广泛。
[0004]石棉基密封垫片是以石棉纤维/橡胶复合板为基材制造的，在制造和使用过程中不可避免地会散发出大量的石棉粉尘。已知的是，石棉粉尘除了会在接触者中弓I发石棉肺夕卜，还易诱发肺癌和恶性间皮瘤等恶性肿瘤。因此，由于其严重的人身危害性和环境危害性，近年来世界各国禁用石棉的呼声日益高涨。目前，发达国家已禁止生产和限制使用石棉。但是，鉴于其显著突出因而难能可贵的密封性、耐温性能和隔热性能，在很多应用领域，尤其是环境较为恶劣的应用领域，石棉基密封垫片依然是其他密封垫片所无法替代的。
[0005]另外，在某些应用领域，例如在热工水力试验中，除了要求密封性、耐温性能和隔热性能之外，还希望密封垫片表现出适当的自润滑性和回弹性能，以充分适应待密封面的热应力或压紧力变化。但是，现有的石棉基密封垫片并不具备这些性能。
[0006]其他石棉基制品也存在类似的问题。
[0007]因此，目前的现状是，仍旧需要一种石棉基层合体，在维持与现有技术的石棉基制品(比如石棉基密封垫片)相比基本相当的密封性、耐温性能和隔热性能的同时，可以显著减少石棉的用量，并兼具优异的自润滑性和回弹性能。
[0008]实用新型内容
[0009]本实用新型人在现有技术的基础上经过刻苦的研究发现，通过按照特定的方式以石墨粉末来替代现有技术石棉基制品中的一部分石棉(纤维)，就可以解决前述问题，并由此完成了本实用新型。
[0010]具体而言，本实用新型涉及以下方面的内容。
[0011]1.一种石棉基层合体,其特征在于,包括石棉纤维-碳纤维复合层和位于所述石棉纤维-碳纤维复合层一侧或两侧上的石墨粉末层。
[0012]2.按照前述方面任一项所述的石棉基层合体，其中在所述石棉纤维-碳纤维复合层和所述石墨粉末层之间还包括金属齿板或金属网板。
[0013]3.按照前述方面任一项所述的石棉基层合体，其中在所述石墨粉末层上还进一步存在η个含碳纤维层和η个附加的石墨粉末层，其中η为I至100之间的任意整数，所述的η个含碳纤维层和η个附加的石墨粉末层以交替方式存在，并且所述含碳纤维层选自碳纤维层、石棉纤维-碳纤维复合层、或者至少一个所述碳纤维层与至少一个所述石棉纤维-碳纤维复合层的层合体。
[0014]4.按照前述方面任一项所述的石棉基层合体，其中η为I至10之间的任意整数。
[0015]5.按照前述方面任一项所述的石棉基层合体，其中所述石墨粉末是膨胀石墨粉末。
[0016]6.按照前述方面任一项所述的石棉基层合体，其中所述石棉纤维-碳纤维复合层是石棉纤维与碳纤维的混合层、至少一个石棉纤维层与至少一个碳纤维层的层合体、或者至少一个所述混合层与至少一个所述层合体的层合体。
[0017]7.按照前述方面任一项所述的石棉基层合体，其中每个所述石棉纤维层的厚度为0.3-10mm,每个所述碳纤维层的厚度为0.每个所述石墨粉末层的厚度为0.2_2mm,并且每个所述混合层的厚度为0.3-10mm。
[0018]8.按照前述方面任一项所述的石棉基层合体，其中每个所述金属齿板或金属网板的厚度为0.2-2mm。
[0019]9.按照前述方面任一项所述的石棉基层合体，其中每个所述金属齿板或金属网板的厚度为0.3-0.5mm。
[0020]10.按照前述方面任一项所述的石棉基层合体，其中每个所述石棉纤维层的厚度为l-5mm,每个所述碳纤维层的厚度为0.3-0.5mm,每个所述石墨粉末层的厚度为0.5-lmm,并且每个所述混合层的厚度为l_5mm。
[0021]技术效果
[0022]根据本实用新型的石棉基层合体，在使用性能(比如密封性、耐温性能和隔热性能等)上可以媲美现有技术的石棉基制品(比如石棉基密封垫片)，同时石棉的用量显著减少，比如可以减少至少50wt%、至少66wt%、至少80wt%或甚至更多的石棉用量。因此，该石棉基层合体在制造和使用过程中石棉粉尘的散发量均非常小，顺应当今目益严格的环保/劳保要求。
[0023]根据本实用新型的石棉基层合体，表现出优异的自润滑性和回弹性能，能够承受待密封面上较大的热应力/压紧力变化。
[0024]根据本实用新型的石棉基层合体，具有适当的机械强度和机加工性能，可以针对特定用途灵活地机加工或成型为各种异型形状(非平面形状)。
[0025]根据本实用新型的石棉基层合体，通过使用碳纤维作为相容剂，改善了石棉(纤维)与石墨粉末的亲和力，与不使用碳纤维的情况相比，抗起皮性和机械强度显著改善。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1示意性地图示了本实用新型石棉基密封垫片的一种结构。
[0027]图2示意性地图示了本实用新型石棉基密封垫片的另一种结构。
[0028]图3示意性地图示了本实用新型石棉基密封垫片的再一种结构。
【具体实施方式】
[0029]下面对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明，但是需要指出的是，本实用新型的保护范围并不受这些【具体实施方式】的限制，而是由附录的权利要求书来确定。
[0030]本说明书提到的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献全都引于此供参考。除非另有定义，本说明书所用的所有技术和科学术语都具有本领域技术人员常规理解的含义。在有冲突的情况下，以本说明书的定义为准。
[0031]当本说明书以词头“本领域技术人员公知”、“现有技术”或其类似用语来导出材料、物质、方法、步骤、装置或部件等时，该词头导出的对象涵盖本申请提出时本领域常规使用的那些，但也包括目前还不常用，却将变成本领域公认为适用于类似目的的那些。
[0032]在本说明书的上下文中，除了明确说明的内容之外，未提到的任何事宜或事项均直接适用本领域已知的那些而无需进行任何改变。而且，本文描述的任何实施方式均可以与本文描述的一种或多种其他实施方式自由结合，由此而形成的技术方案或技术思想均视为本实用新型原始公开或原始记载的一部分，而不应被视为是本文未曾披露或预期过的新内容，除非本领域技术人员认为该结合是明显不合理的。
[0033]在没有明确指明的情况下，本说明书内所提到的所有百分数(％)、份数、比率等都是以重量为基准的，除非以重量为基准时不符合本领域技术人员的常规认识。
[0034]根据本实用新型的第一实施方式，涉及一种石棉基层合体。
[0035]根据本实用新型，该石棉基层合体的纵剖面具有层状结构，并且至少包括石棉纤维-碳纤维复合层和位于所述石棉纤维-碳纤维复合层一侧或两侧上的石墨粉末层(以下有时称为“主石墨粉末层”，以与下文所述的“附加的石墨粉末层”相区别)。为此，本实用新型的石棉基层合体至少包括一个所述石棉纤维-碳纤维复合层和一个或两个所述主石墨粉末层。从进一步改善其自润滑性和回弹性能的角度优选的是，所述石棉基层合体至少包括一个所述石棉纤维-碳纤维复合层和两个所述主石墨粉末层，其中这两个主石墨粉末层分别处于所述石棉纤维-碳纤维复合层的两侧。此时，所述石棉基层合体(纵剖面)呈现为以所述石棉纤维-碳纤维复合层为中心层，以所述主石墨粉末层为(最)外层的三明治结构。
[0036]根据本实用新型，所述石棉基层合体比如可以通过如下方法进行制造，该制造方法包括向所述石棉纤维-碳纤维复合层的一侧或两侧上层合所述主石墨粉末层的步骤。
[0037]根据本实用新型一个特别的实施方式，根据需要，在所述石棉纤维-碳纤维复合层与所述主石墨粉末层之间还可以包括金属齿板或金属网板，由此增强两层之间的结合力，同时增加整个石棉基层合体的机械强度。为此，本实用新型的前述制造方法任选还包括在所述石棉纤维-碳纤维复合层和所述石墨粉末层之间引入金属齿板或金属网板的步骤，以便使得所述金属齿板或金属网板处于所述石棉纤维-碳纤维复合层与所述主石墨粉末层之间。
[0038]根据本实用新型，作为所述金属齿板或金属网板的引入方式，比如可以先在所述石棉纤维-碳纤维复合层的一侧或两侧上设置或层合所述金属齿板或金属网板，然后再在所述金属齿板或金属网板上设置或层合所述主石墨粉末层；或者，也可以先将所述金属齿板或金属网板与所述主石墨粉末层层合在一起，然后再将如此获得的复合体层合至所述石棉纤维-碳纤维复合层的一侧或两侧上，并没有特别的限定。
[0039]根据本实用新型，当所述主石墨粉末层如前所述存在两个时，可以仅在所述石棉纤维-碳纤维复合层与其中一个所述主石墨粉末层之间引入所述金属齿板或金属网板(即，一个金属齿板或金属网板)，也可以在所述石棉纤维-碳纤维复合层与两个所述主石墨粉末层中的每一个之间均引入所述金属齿板或金属网板(即，两个金属齿板或金属网板)，并没有特别的限定。
[0040]根据本实用新型，对此时所使用的金属齿板或金属网板没有特别的限定，可以直接使用现有技术在制造密封垫片时为此目的而常规使用的那些。根据本实用新型，对所述金属齿板或金属网板的形状或厚度等也没有特别的限定，比如其厚度一般可以设定为0.2-2_，优选0.3-0.5_，但有时并不限于此，而是根据目标石棉基层合体的总厚度具体选择或设定。
[0041]根据本实用新型一个特别的实施方式，在所述主石墨粉末层上(显然指的是外侦U还可以进一步设置或层合η个含碳纤维层和η个附加的石墨粉末层。此时，所述的η个含碳纤维层和η个附加的石墨粉末层必须以交替方式存在或层合于该外侧。鉴于这种特定的存在或层合方式，在所述主石墨粉末层的同一侧，这些含碳纤维层和附加的石墨粉末层总是成对(数目相等，即各为η个)出现。另外，从提高结构效率的角度显然优选的是，在第一个附加的石墨粉末层与所述主石墨粉末层之间夹着第一个含碳纤维层。
[0042]根据本实用新型优选的是，第一个含碳纤维层与主石墨粉末层直接接触。
[0043]根据本实用新型，术语“附加的石墨粉末层”与术语“主石墨粉末层”相比仅仅是文字表述上的区别，在技术含义上没有差别，二者各自独立地适用下文规定，并且在本文中有时也统称为石墨粉末层而不加以区分。
[0044]根据本实用新型，作为所述石墨粉末层的石墨粉末，优选膨胀石墨粉末。作为所述膨胀石墨粉末，比如可以直接使用现有技术在制造石墨密封垫片时作为原材料常规使用的那些，并没有特别的限定，比如可以举出青岛南墅宏达石墨制品有限公司生产的HD32。作为所述石墨粉末的粒度，比如可以举出10目-500目，优选10-50目，但有时并不限于此。
[0045]根据本实用新型，对所述石墨粉末层的厚度没有特别的限定，可以根据实际情况或者目标石棉基层合体的总体厚度进行具体设定。比如，该石墨粉末层的厚度一般可以设定为0.2-2mm,优选0.但有时并不限于此。另外，当所述石棉基层合体总体上包含两个或更多个石墨粉末层时，每一个石墨粉末层的厚度也可以照此设定，但有时并不限于此，而是根据目标石棉基层合体的总厚度或总体层数具体设定。
[0046]根据本实用新型，η为I至100之间的任意整数，优选I至10之间的任意整数，比如1、2、3、4或5等。
[0047]根据本实用新型，当所述主石墨粉末层如前文所述存在两个时，可以仅在其中一个主石墨粉末层的外侧设置或层合η个所述含碳纤维层和η个所述附加的石墨粉末层，也可以在两个所述主石墨粉末层中每一个的外侧均设置或层合η个所述含碳纤维层和η个所述附加的石墨粉末层。在后一种情况下，具体而言，在一个所述主石墨粉末层的外侧设置或层合η个所述含碳纤维层和η个所述附加的石墨粉末层，在另一个所述主石墨粉末层的外侧设置或层合n'个所述含碳纤维层和n'个所述附加的石墨粉末层。此时，η与n'可以彼此相同，也可以彼此不同，各自独立地满足本文针对η的前述定义。
[0048]根据本实用新型，所述含碳纤维层选自碳纤维层、石棉纤维-碳纤维复合层或者一个或多个(比如2、3、4或5个等)所述碳纤维层与相同数目的所述石棉纤维-碳纤维复合层的(交替)层合体(称为层合体Α)，其中优选碳纤维层。
[0049]根据本实用新型，作为所述石棉纤维-碳纤维复合层，比如可以举出石棉纤维与碳纤维的混合层(也称为石碳混合层)、m个(m比如为1、2、3、4或5等整数，优选I或2，更优选I)石棉纤维层与m个或m+1个(优选m+1个)碳纤维层的(交替)层合体(也称为石碳层合体)、或者一个或多个(比如2、3、4或5个等)所述石碳混合层与相同数目的所述石碳层合体的(交替)层合体(称为层合体B)，其中优选石碳混合层或者石碳层合体，更优选石碳层合体。
[0050]根据本实用新型，对各层(比如碳纤维层或石棉纤维-碳纤维复合层等)所使用的碳纤维没有特别的限定，可以直接使用制造碳纤维布或碳纤维预浸料时常规使用的那些，比如可以举出日本东丽公司制造的T400通用碳纤维。作为所述碳纤维的长度，比如可以举出3-50mm，优选10_30mm，但有时并不限于此。
[0051]根据本实用新型，对各层(比如石棉纤维-碳纤维复合层或石棉纤维层等)所使用的石棉纤维没有特别的限定，比如可以直接使用本领域在制造石棉纤维/橡胶复合板时常规使用的那些。根据本实用新型，对所述石碳混合层中所述石棉纤维与所述碳纤维的比例没有特别的限定，比如按照重量计，所述石棉纤维与所述碳纤维的比例可以是100: 50-100: 1，优选100: 10-100: 1，但有时并不限于此。
[0052]根据本实用新型，所述石碳混合层可以是预先成型的层(称为预成型体)。此时，对该石碳混合层的制造方法没有特别的限定，比如可以举出按照预定用量比例混合所述石棉纤维与所述碳纤维，然后将所获得的石碳混合物成型为层状的方法。根据需要，为了提高纤维的凝聚力并便于成型，混合时可以使用粘合剂。作为使用粘合剂的制造方法，比如可以举出在混合所述石棉纤维与所述碳纤维之前和/或在其混合过程中添加粘合剂的方法，更具体比如是使所述石棉纤维和所述碳纤维预先分别与粘合剂混合，然后再将所获得的这些预混合物进一步混合在一起而获得石碳混合物，然后将该石碳混合物成型为层状的方法，也可以是将所述石棉纤维、所述碳纤维和粘合剂直接混合在一起而获得石碳混合物，然后将该石碳混合物成型为层状的方法。此时，所述石碳混合层至少包含石棉纤维、碳纤维和粘合剂。
[0053]根据本实用新型，所述碳纤维层可以是预先成型的层(称为预成型体)。此时，对该碳纤维层的制造方法没有特别的限定，比如可以举出将碳纤维直接成型为层状的方法。根据需要，为了提高纤维的凝聚力并便于成型，可以使用粘合剂。作为使用粘合剂的制造方法，比如可以举出将所述碳纤维和粘合剂直接混合在一起，然后将所获得的混合物成型为层状的方法。此时，所述碳纤维层至少包含碳纤维和粘合剂。或者，更为方便地，作为所述碳纤维层(预成型体)，还可以直接使用市售的碳纤维布或碳纤维预浸料，只要其厚度满足本实用新型的规定即可。作为所述碳纤维布，比如可以举出日本东丽公司制造的T400HB-6000-40D。
[0054]根据本实用新型，所述石棉纤维层可以是预先成型的层(称为预成型体)。此时，对该石棉纤维层的制造方法没有特别的限定，比如可以举出将石棉纤维直接成型为层状的方法。根据需要，为了提高纤维的凝聚力并便于成型，可以使用粘合剂。作为使用粘合剂的制造方法，比如可以举出将所述石棉纤维和粘合剂直接混合在一起，然后将所获得的混合物成型为层状的方法。此时，所述石棉纤维层至少包含石棉纤维和粘合剂。或者，更为方便地，作为所述石棉纤维层(预成型体)，还可以直接使用市售的石棉纤维/橡胶复合板，只要其厚度满足本实用新型的规定即可。作为所述石棉纤维/橡胶复合板，比如可以举出河北亨达密封材料有限公司生产的XB450。
[0055]根据本实用新型，所述石墨粉末层(包括主石墨粉末层和附加的石墨粉末层)可以是预先成型的层(称为预成型体)。此时，对该石墨粉末层的制造方法没有特别的限定，比如可以举出将石墨粉末直接成型为层状的方法。根据需要，为了提高石墨粉末的凝聚力并便于成型，可以使用粘合剂。作为使用粘合剂的制造方法，比如可以举出将所述石墨粉末和粘合剂直接混合在一起，然后将所获得的混合物成型为层状的方法。此时，所述石墨粉末层至少包含石墨粉末和粘合剂。
[0056]根据本实用新型，所述石棉纤维-碳纤维复合层、所述石碳层合体、所述层合体A和所述层合体B也可以是预先成型的层(称为预成型体)。作为这些预成型体的制造方法，比如可以举出将构成其的各层(或各层的预成型体)相应(交替)层合在一起的方法。
[0057]根据本实用新型，对前文提到的各“成型”或其类似操作所采用的方法均没有特别的限定，只要是可以将待成型物(比如前述的石墨粉末或石碳混合物等)成型为层状的任何方法均可以采用。作为所述成型方法，具体比如可以举出压制成型(模压成型)法、涂布成型法、流延成型法等，其中优选压制成型法，尤其是高温压制成型法。这些成型方法可以按照常规已知的任何方式进行，没有特别的限定。在使用粘合剂时，在该成型结束的时刻，所述粘合剂可以处于完全固化状态，也可以处于未固化状态，还可以处于部分固化状态，其中从改善各层之间的粘结力的角度而言，优选处于未固化状态或部分固化状态。如果需要，还可以对该成型结束后获得的层施以后固化操作，以使任何所使用的粘合剂完全固化或者至少部分固化。技术人员可以基于所使用的粘合剂的具体种类来适当设定该后固化操作的条件，这些都是已知技术，在此省略其说明。
[0058]根据本实用新型，对前文提到的各“混合”或其类似操作所采用的方法没有特别的限定，只要是可以将待混合的两种或多种组分(比如石棉纤维与粘合剂，或者石棉纤维、碳纤维与粘合剂)均匀混合在一起而获得均质混合物的任何方法均可以使用。作为所述混合方法，具体比如可以举出机械(高速)搅拌法、混炼法、捏合法、掺混法等。这些混合方法可以按照常规已知的任何方式进行，没有特别的限定。在使用粘合剂时，为了便于后续成型操作的进行，在该混合结束的时刻，所述粘合剂一般处于未固化状态或部分固化状态，这对于技术人员而言是显然的。
[0059]根据本实用新型，从简化操作步骤的角度而言或者根据需要，所述石碳混合层、所述碳纤维层、所述石棉纤维层和/或所述石墨粉末层也可以不预先成型为层状(即，不采用其预成型体的形式)，而是在层合的同时成型为层状或者通过该层合而成型为层状。这些技术都是已知的。举例而言，在层合石棉纤维-碳纤维复合层与主石墨粉末层时，可以将石棉纤维-碳纤维复合层的预成型体与主石墨粉末层的预成型体层合在一起，或者也可以在石棉纤维-碳纤维复合层或其预成型体上直接成层状地涂布或者铺撒预定用量的石墨粉末或石墨粉末与粘合剂的混合物(即，制造主石墨粉末层的预成型体时所使用的原材料)，然后将两个层层合在一起。
[0060]根据本实用新型，对前文提到的各“层合”或其类似操作所采用的方法或者制造各(交替)层合体或其预成型体时所涉及的各层合方法没有特别的限定，只要是可以使待层合的两个或多个层(比如石棉纤维-碳纤维复合层与主石墨粉末层、主石墨粉末层与(第一个)含碳纤维层、含碳纤维层与附加的石墨粉末层、碳纤维层与石棉纤维-碳纤维复合层、石棉纤维层与碳纤维层、石碳混合层与石碳层合体等等，包括其各自的预成型体)相互结合为一个整体(层)的任何方法均可以采用。作为所述层合方法，比如可以举出使这些层(包括其预成型体)在压力和/或粘合剂的作用下结合在一起的方法，更具体比如可以举出(机械)压制法、粘合剂粘结法或者二者的组合，其中优选压制法或者粘合剂粘结法与压制法组合的方法。这些方法是技术人员熟知的，在此省略其说明。比如，进行所述压制时，压制压力一般设定为0.2-10MPa，优选3-5MPa，保持时间一般设定为l_60min，优选5_30min，更优选10-15min，但有时也并不限于此。如果层合时使用了粘合剂，在该层合结束的时刻或者在该层合进行的过程中，所采用的层合条件(比如温度)可以使得所述粘合剂达到完全固化状态、保持未固化状态或者达到部分固化状态，并没有特别的限定。另外，根据需要，还可以在该层合结束后进行后固化操作，以使层合时可能使用的任何粘合剂(比如用于粘结各层的粘合剂)和/或各层中可能含有的任何粘合剂完全固化。技术人员可以基于所使用的粘合剂的具体种类来适当设定该后固化操作的条件，这些都是已知技术，在此省略其说明。
[0061]根据本实用新型，对前文提到的任何粘合剂的种类及其用量(比如相对于各纤维的用量或者层合时的用量等)均没有特别的限定，只要该粘合剂可以发挥其预定的粘结功能即可。技术人员可以从相关领域(比如在制造石棉纤维/橡胶复合板、石墨密封垫片、碳纤维预浸料或者碳纤维布等时)常规使用的那些粘合剂中任意选择。显然的是，在所述石棉基层合体拟用于高温用途时，希望所述粘合剂也表现出耐高温性能，比如可以耐受200-55(TC或者甚至更高的温度。具体而言，作为所述粘合剂，比如可以举出热固性橡胶粘合剂、热固性环氧树脂粘合剂、热固性酚醛树脂粘合剂、无机粘合剂等。作为所述热固性橡胶粘合剂，比如可以举出丁苯橡胶粘合剂、丁腈橡胶粘合剂、天然橡胶粘合剂、三元乙丙橡胶粘合剂等。作为所述热固性环氧树脂粘合剂，比如可以举出双酚S型环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油型多官能环氧树脂、脂环族环氧树脂等。作为所述热固性酚醛树脂粘合剂，比如可以举出酚醛树脂、硼酚醛树脂等。作为所述无机粘合剂，比如可以举出金属氧化物粘合剂、金属氢氧化物粘合剂、硅酸盐粘合剂等。根据需要，所述粘合剂中作为辅助组分也可以含有添加剂。作为所述添加剂，比如可以举出稀释溶剂、固化剂(硫化剂)、固化促进剂、防老剂、补强剂、填充剂、阻燃剂等等。这些添加剂的具体种类和用量等对于相应种类的粘合剂而言属于常规知识，在此不再赘述。
[0062]根据本实用新型，举例而言，所述石碳混合层或者所述石棉纤维层一般优选使用前述的热固性橡胶粘合剂作为粘合剂。此时，所述粘合剂相对于石棉纤维或者石棉纤维与碳纤维的总重量而言的用量按重量比计一般为1: 100-50: 100，优选1: 100-10: 100，但有时并不限于此。或者，所述碳纤维层一般优选使用前述的热固性环氧树脂粘合剂或热固性酚醛树脂粘合剂作为粘合剂。此时，所述粘合剂相对于碳纤维而言的用量按重量比计一般为1: 100-50: 100，优选1: 100-10: 100，但有时并不限于此。或者，所述石墨粉末层一般优选使用前述的无机粘合剂作为粘合剂。此时，所述粘合剂相对于石墨粉末而言的用量按重量比计一般为1: 100-50: 100，优选1: 100-10: 100，但有时并不限于此。另外，如果需要的话，进行前文所述的任何层合或其类似操作时一般优选使用前述的热固性环氧树脂粘合剂或热固性酚醛树脂粘合剂作为粘合剂，并且可以参照这类粘合剂作为界面粘合剂时的常规用量使用。但是，本实用新型显然并不限于此，技术人员可以根据实际需要进行具体选择。
[0063]根据本实用新型，对所述石棉纤维层(包括其预成型体)的厚度没有特别的限定，但一般设定为0.3-10_，优选1-5_，但有时并不限于此，而是根据目标石棉基层合体的总厚度或者总体层数具体设定。
[0064]根据本实用新型，对所述碳纤维层(包括其预成型体)的厚度没有特别的限定，但一般设定为0.2-1_，优选0.3-0.5_，但有时并不限于此，而是根据目标石棉基层合体的总厚度或者总体层数具体设定。
[0065]根据本实用新型，对所述石碳混合层(包括其预成型体)的厚度没有特别的限定，但一般设定为0.3-10_，优选1-5_，但有时并不限于此，而是根据目标石棉基层合体的总厚度或者总体层数具体设定。
[0066]根据本实用新型，对所述石棉基层合体的厚度(总厚度)没有特别的限定，一般设定为1-12_，优选2-6_，但有时并不限于此，而是根据实际需要具体设定。当所述石棉基层合体为异型形状时，所述“厚度” 一般指的是该异型形状中主要平面的厚度，或者本领域技术人员常规理解的厚度。
[0067]根据本实用新型的石棉基层合体，取决于其具体的形状(比如平面或异型形状)或放置方式，具有上下、内外或前后两个最外层。从最大限度发挥石墨粉末层的诸多优点的角度考虑，该石棉基层合体优选以石墨粉末层(根据其具体的层结构，可能是主石墨粉末层，也可能是附加的石墨粉末层)为最外层，其中更优选两个最外层均为石墨粉末层。当然，为了贮存或运输方便，这些最外层上还可以附加各种保护层，比如塑料膜、剥离层、不干胶层等。这些保护层可以在该石棉基层合体即将使用之前容易地剥离。另外，基于同样的角度考虑，如果所述石棉基层合体在制造后并不以石墨粉末层为(一个或两个)最外层，也可以通过剥离最外层的方式而暴露出该石墨粉末层。
[0068]根据本实用新型所获得的石棉基层合体，在参照国家标准GB / T3985-2008进行测量时，氮气泄漏率(表征其密封性能)低于500ml / (h.mm)，耐热耐压性(表征其耐温性能)达到XB510级别，因此能够完全媲美现有技术的石棉基制品(比如相同厚度的石棉基密封垫片)。该石棉基层合体在参照国家标准GB / T20671.10-2006测量时，其导热系数(表征其隔热性能)与相同厚度的现有技术石棉基密封垫片相比大致相当或略有提高，比如一般在1.0至1.3倍左右，但仍属于较低的数值，因此其隔热性能同比并没有显著降低。而且，随着本实用新型石棉基层合体中含石棉层(指的是石碳混合层或石棉纤维层)在整个石棉基层合体的层结构中的相对厚度降低(比如被相应厚度的碳纤维层或石墨粉末层等替代)，与该石棉基层合体仅由该含石棉层制成的假定情况相比，石棉用量即相应减少。举例而言，在该含石棉层的厚度(或多个的总厚度)占石棉基层合体总体厚度的一半时，即相应减少了一半(50wt%)的石棉用量，在该含石棉层的厚度(或多个的总厚度)占石棉基层合体总体厚度的三分之一时，即相应减少了三分之二(约67wt%)的石棉用量，在该含石棉层的厚度(或多个的总厚度)占石棉基层合体总体厚度的五分之一时，即相应减少了五分之四(80wt%)的石棉用量。另外，根据本实用新型的石棉基层合体，所述含石棉层总是被碳纤维层或石墨粉末层所整体(从两侧)包覆，由此显著抑制了该含石棉层中的石棉(粉尘)向外界环境的暴露或散发。结果是，本实用新型的石棉基层合体在制造和使用过程中石棉粉尘的散发量均非常小，完全顺应了当今日益严格的环保/劳保要求。
[0069]根据本实用新型的石棉基层合体，在以石墨粉末层作为(一个或两个)最外层与待密封面接触时，可以充分发挥石墨粉末(尤其是膨胀石墨粉末)本身所具有的优异的自润滑性和回弹性能，由此能够承受该待密封面上较大的热应力/压紧力变化。一般而言，在参照国家标准GB / T3985-2008进行测量时，该石棉基层合体的压缩率可达20%以上，回弹率可达55%以上。
[0070]根据本实用新型的石棉基层合体，通过使用碳纤维作为相容剂，增加了石棉(纤维)与石墨粉末的亲和力，与不使用碳纤维的情况相比，抗起皮性和机械强度(比如参照国家标准GB / T3985-2008测量的横向拉伸强度)显著改善。
[0071]根据本实用新型，所述抗起皮性按照如下方法进行测量。
[0072]从所制造的石棉基层合体(任意厚度)上切取50mmX 50mm的试样,将试样平放在洁净的玻璃板上。然后，将试样连同玻璃板一起，放入温度调节为450±2°C的恒温烘箱中，加热0.5h后，从玻璃板上取下试样，立即目测观察试样的上下两个表面和玻璃板的表面。如果试样某一表面的石墨粉末层出现剥离、脱落、碎裂、破损或龟裂等异常，或者玻璃板的表面上有石墨粉末遗留或散落，即判定该石棉基层合体的抗起皮性为不合格；没有观察到这些现象，即判定该石棉基层合体的抗起皮性为合格。
[0073]本实用新型的石棉基层合体可以作为密封垫片使用，尤其是可以作为耐高温(静)密封垫片使用。
[0074]在使用本实用新型的石棉基层合体时，使该石棉基层合体与待密封面接触。
[0075]根据本实用新型，为了最大限度地发挥本实用新型石棉基层合体的优点，优选使所述待密封面与所述石棉基层合体的石墨粉末层直接接触。此时，如前所述，所述石墨粉末层可以是该石棉基层合体制造后即具有的最外层，也可以是通过剥离其他最外层等方式暴露出的，或者二者兼有。
[0076]根据本实用新型，所述待密封面可以是一个，也可以是多个(比如两个)，并且(同时)与本实用新型的石棉基层合体(显然是最外层)直接接触。最优选的是，这些待密封面均与本实用新型石棉基层合体的石墨粉末层直接接触。此时，如前所述，这些石墨粉末层可以是该石棉基层合体制造后即具有的最外层，也可以是通过剥离其他最外层等方式暴露出的，或者二者兼有。
[0077]根据本实用新型，通过使用所述石棉基层合体作为密封垫片，在表现出与现有技术的石棉基密封垫片相比相当的密封性能、耐温性能和隔热性能的同时，显著减少了石棉粉尘的散发量，并且能够承受待密封面上较大的热应力/压紧力变化。
[0078]以下结合附图对本实用新型进行进一步的说明。这些附图以密封垫片作为本实用新型石棉基层合体的具体实例，但本实用新型显然并不限于此。
[0079]根据图1，该密封垫片呈平面形状，其纵剖面为矩形，并且包括I个石棉纤维层3，在该石棉纤维层3上侧表面依次交替层合的2个碳纤维层2和2个石墨粉末层1，以及在该石棉纤维层3下侧表面依次交替层合的2个碳纤维层2和2个石墨粉末层I。在使用时，该密封垫片的(最)上下表面均与待密封面直接接触。根据该图1，碳纤维层2和石墨粉末层I交替排布，各层之间比如通过粘合剂或压制压力而结合。图1中，所述石棉纤维层3位于最内层，所述石墨粉末层I位于最外层。
[0080]根据图2，是图1密封垫片的变形例。该密封垫片为异型形状，其纵剖面为L型。
[0081]根据图3，该密封垫片呈平面形状，其纵剖面为矩形，并且包括I个石碳混合层3，在该石碳混合层3上侧表面依次层合的I层金属齿板2和I个石墨粉末层1，以及在该石碳混合层3下侧表面依次层合的I层金属齿板2和I个石墨粉末层I。在使用时，该密封垫片的(最)上下表面均与待密封面直接接触。此时，所述石碳混合层3位于最内层，所述石墨粉末层I位于最外层。
[0082]实施例
[0083]以下采用实施例进一步详细地说明本实用新型，但本实用新型并不限于这些实施例。
[0084]实施例和比较例中的性能参数按照以下方法测量。
[0085]【氮气泄漏率】
[0086]实施例或比较例制造的石棉基层合体的氮气泄漏率参照国家标准GB /T3985-2008 测量。
[0087]【耐热耐压性】
[0088]实施例或比较例制造的石棉基层合体的耐热耐压性参照国家标准GB /T3985-2008 测量。
[0089]【压缩率】
[0090]实施例或比较例制造的石棉基层合体的压缩率参照国家标准GB / T3985-2008测量。
[0091]【回弹率】
[0092]实施例或比较例制造的石棉基层合体的回弹率参照国家标准GB / T3985-2008测量。
[0093]【横向拉伸强度】
[0094]实施例或比较例制造的石棉基层合体的横向拉伸强度参照国家标准GB /T3985-2008 测量。
[0095]【导热系数】
[0096]实施例或比较例制造的石棉基层合体的导热系数参照国家标准GB /T20671.10-2006 测量。
[0097]【抗起皮性】
[0098]实施例或比较例制造的石棉基层合体的抗起皮性按照以下方法进行测量。
[0099]从实施例或比较例制造的石棉基层合体上切取50mmX50mm的试样,将试样平放在洁净的玻璃板上。然后，将试样连同玻璃板一起，放入温度调节为450±2°C的恒温烘箱中，加热0.5h后，从玻璃板上取下试样，立即目测观察试样的上下两个表面和玻璃板的表面。如果试样某一表面的石墨粉末层出现剥离、脱落、碎裂、破损或龟裂等异常，或者玻璃板的表面上有石墨粉末遗留或散落，即判定该石棉基层合体的抗起皮性为不合格；没有观察到这些现象，即判定该石棉基层合体的抗起皮性为合格。
[0100]实施例1
[0101]按照以下步骤制造图2所示结构的石棉基密封垫片。
[0102]I)采用剪板机剪取适当宽度的石棉纤维/橡胶复合板(1.0mm厚，河北亨达密封材料有限公司生产的XB450)，裁剪相同宽度的碳纤维布(0.3mm厚，日本东丽T400HB-6000-40D)，各坯料总宽大于L型截面长度；
[0103]2)采用折边机按照图2所示对石棉纤维/橡胶复合板进行折边，压制定位沟；
[0104]3)将耐高温粘合剂(THC-400型耐高温酚醛树脂粘合剂)分别均匀涂刷于石棉纤维/橡胶复合板的上表面及碳纤维布的一个表面；
[0105]4)对齐并贴合石棉纤维/橡胶复合板与碳纤维布，使其各自的涂粘合剂表面相对，并采用折边机将二者压制在一起，形成第I碳纤维层；
[0106]5)将所获得的层合体放入热压成型机，在加热温度120°C、压力5MPa和成型时间1min的条件下,使该层合体高温固化；
[0107]6)使膨胀石墨粉末(青岛南墅宏达石墨制品有限公司生产的HD32)与硅酸盐无机粘合剂(湖南省机械研究所生产的WJZ101，其用量占膨胀石墨粉末的3wt% )均匀混合，呈层状地均匀平摊至第I碳纤维层的表面；
[0108]7)采用折边机压制该石墨粉末层,压力为2MPa,形成厚度为0.5mm的第I石墨粉末层;
[0109]8)将耐高温粘合剂(THC-400型耐高温酚醛树脂粘合剂)分别均匀涂刷于石墨粉末层的上表面以及按照步骤I)另外准备的碳纤维布的一个表面；
[0110]9)对齐并贴合石墨粉末层与碳纤维布，使其各自的涂粘合剂表面相对，并采用折边机将二者压制在一起，形成第2碳纤维层；
[0111]10)将所获得的层合体放入热压成型机，在加热温度120°C、压力5MPa和成型时间1min的条件下,使该层合体高温固化；
[0112]11)使膨胀石墨粉末(青岛南墅宏达石墨制品有限公司生产的HD32)与硅酸盐无机粘合剂(湖南省机械研究所生产的WJZ101，其用量占膨胀石墨粉末的3wt% )均匀混合，呈层状地均匀平摊至第2碳纤维层的表面；
[0113]12)采用折边机压制该石墨粉末层,压力为2MPa,形成厚度为0.5mm的第2石墨粉末层;
[0114]13)重复步骤3)至步骤12)的操作，在石棉纤维/橡胶复合板的下表面依次交替层合两个碳纤维层和两个石墨粉末层，获得密封垫片坯料；
[0115]14)采用液压机压制该密封垫片坯料，首先在压力5MPa下保持20min，然后在压力8MPa下保持5min ；
[0116]15)在高温成型机中进行固化，加热温度200°C，压力8MPa，成型时间5min，由此获得本实用新型的石棉基密封垫片。
[0117]经测量，该石棉基密封垫片的氮气泄漏率为10mL / (h.mm)，耐热耐压性达到XB510级别，压缩率为21%，回弹率为60%，横向拉伸强度为29MPa，抗起皮性为合格，导热系数为 0.065W / (m.K)。
[0118]实施例2
[0119]按照以下步骤制造图3所示结构的石棉基密封垫片。
[0120]1.制作石碳混合层
[0121]1-1.将15重量份石棉纤维(大城县通达密封材料有限公司生产的5-70级石棉，符合GB / T8071-2001)和5重量份碳纤维(长度10_30mm，日本东丽公司制造的T400通用碳纤维)分别采用KH550硅烷偶联剂进行浸溃处理，然后各自烘干、开松；
[0122]1-2.20重量份液体丁腈橡胶(德州宜达商贸有限公司生产的X730)在10重量份乙酸乙酯中溶解后，加入20重量份碳酸钙填料及适量的硫化剂和硫化促进剂，然后混合至均匀，获得橡胶混合料；
[0123]1-3.将经过步骤1-1处理的石棉纤维和碳纤维加入该橡胶混合料中，进行搅拌，搅拌转速150r / min,搅拌时间15min ；
[0124]1-4.将搅拌后的混料在成张机上压延成型，辊筒线速比1.0?1.2，温度120±20°C，压延时间 1min ；
[0125]1-5.所获得的压延产物先在平板硫化机上加温加压硫化，硫化温度130°C，硫化压力15MPa，硫化时间30min。然后采用烘箱硫化，硫化温度150°C，硫化时间40min ；
[0126]1-6.最后进行热处理，加热温度100°C，热处理时间24h，最终得到石碳混合层。
[0127]2.层合金属齿板和石墨粉末层
[0128]2-1.使膨胀石墨粉末(青岛南墅宏达石墨制品有限公司生产的HD32)与硅酸盐无机粘合剂(湖南省机械研究所生产的WJZ101，其用量占膨胀石墨粉末的3wt% )均匀混合，呈层状地均匀平摊至金属齿板(厚度0.5mm)的一个表面，在压力5MPa下进行压制，以形成厚度为2mm的石墨粉末层，获得复合层；
[0129]2-2.将两个按照步骤2-1制造的复合层与按照步骤I制造的石碳混合层采用耐高温粘合剂(THC-400型耐高温酚醛树脂粘合剂)按照图3所示的结构从两侧分别进行粘结，然后在高温热压成型机中整体压制成型，加热温度200°C，压力8MPa，成型时间30min，由此获得本实用新型的石棉基密封垫片。
[0130]经测量，该石棉基密封垫片的氮气泄漏率为60mL / (h.mm)，耐热耐压性达到XB510级别，压缩率为35%，回弹率为60%，横向拉伸强度为36MPa，抗起皮性为合格，导热系数为 0.062W / (m.K)。
[0131]参考例I
[0132]I)采用剪板机剪取适当宽度的石棉纤维/橡胶复合板(1.5mm厚，河北亨达密封材料有限公司生产的XB450) 1片，并裁剪相同宽度的碳纤维布(0.3mm厚，日本东丽T400HB-6000-40D)2 片；
[0133]2)将该2片碳纤维布分别通过耐高温粘合剂(THC-400型耐高温酚醛树脂粘合剂)粘结在石棉纤维/橡胶复合板的两面，然后在高温热压成型机中在加热温度120°C、压力5MPa和成型时间1min的条件下进行高温固化，形成两侧层合有碳纤维层的复合体；
[0134]3)使膨胀石墨粉末(青岛南墅宏达石墨制品有限公司生产的HD32)与硅酸盐无机粘合剂(湖南省机械研究所生产的WJZ101，其用量占膨胀石墨粉末的3wt% )均匀混合，在压力5MPa下进行压制，获得厚度为0.5_、宽度与碳纤维布相同的石墨粉末层；
[0135]4)将2片步骤3)获得的石墨粉末层分别通过耐高温粘合剂(THC-400型耐高温酚醛树脂粘合剂)粘结在步骤2)获得的复合体的碳纤维层的两面；和
[0136]5)在高温热压成型机中整体压制成型并固化，加热温度200°C，压力8MPa，成型时间30min,由此获得本实用新型的石棉基密封垫片。
[0137]经测量，该石棉基密封垫片的氮气泄漏率为10mL / (h.mm)，耐热耐压性达到XB510级别，压缩率为22%，回弹率为59%，横向拉伸强度为30MPa，抗起皮性为合格，导热系数为 0.070W / (m.K)。
[0138]作为对比，现有技术石棉基密封垫片(厚度3.1mm，通过直接裁剪河北亨达密封材料有限公司生产的XB450而获得)的氮气泄漏率为400mL / (h.mm)，耐热耐压性较差，仅达到XB450级别，压缩率较低，为18%，回弹率较低，为47%，导热系数较低，为0.062W /(m.K)。与该现有技术的石棉基密封垫片相比，参考例I石棉基密封垫片的石棉用量节省了大约一半。
[0139]以上虽然已结合实施例对本实用新型的【具体实施方式】进行了详细的说明，但是需要指出的是，本实用新型的保护范围并不受这些【具体实施方式】的限制，而是由附录的权利要求书来确定。本领域技术人员可在不脱离本实用新型的技术思想和主旨的范围内对这些实施方式进行适当的变更，而这些变更后的实施方式显然也包括在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种石棉基密封垫片，其特征在于，其纵剖面具有层状结构，并且至少包括石棉纤维-碳纤维复合层和位于所述石棉纤维-碳纤维复合层一侧或两侧上的石墨粉末层。
2.按照权利要求1所述的石棉基密封垫片，其中在所述石棉纤维-碳纤维复合层和所述石墨粉末层之间还包括金属齿板或金属网板。
3.按照权利要求1所述的石棉基密封垫片，其中在所述石墨粉末层上还进一步存在η个含碳纤维层和η个附加的石墨粉末层，其中η为I至100之间的任意整数，所述的η个含碳纤维层和η个附加的石墨粉末层以交替方式存在，并且所述含碳纤维层选自碳纤维层、石棉纤维-碳纤维复合层、或者至少一个所述碳纤维层与至少一个所述石棉纤维-碳纤维复合层的层合体。
4.按照权利要求3所述的石棉基密封垫片，其中η为I至10之间的任意整数。
5.按照权利要求1或3所述的石棉基密封垫片，其中所述石墨粉末是膨胀石墨粉末。
6.按照权利要求1或3所述的石棉基密封垫片，其中所述石棉纤维-碳纤维复合层是石棉纤维与碳纤维的混合层、至少一个石棉纤维层与至少一个碳纤维层的层合体、或者至少一个所述混合层与至少一个所述层合体的层合体。
7.按照权利要求6所述的石棉基密封垫片，其中每个所述石棉纤维层的厚度为0.3-10mm,每个所述碳纤维层的厚度为0.2-lmm,每个所述石墨粉末层的厚度为0.2_2mm,并且每个所述混合层的厚度为0.3-10mm。
8.按照权利要求7所述的石棉基密封垫片，其中每个所述石棉纤维层的厚度为1-5_，每个所述碳纤维层的厚度为0.3-0.5mm,每个所述石墨粉末层的厚度为0.5-lmm,并且每个所述混合层的厚度为1-5_。
9.按照权利要求2所述的石棉基密封垫片，其中每个所述金属齿板或金属网板的厚度为 0.2_2mm。
10.按照权利要求9所述的石棉基密封垫片，其中每个所述金属齿板或金属网板的厚度为 0.3-0.5mm。
【文档编号】B32B9/04GK204076954SQ201420036185
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】陆维, 胡腾, 赵宇峰, 张明, 杨胜, 薛艳芳 申请人:国核华清（北京）核电技术研发中心有限公司, 国家核电技术有限公司