一种无石棉复合密封垫片的制作方法

1.本技术涉及密封垫片领域，更具体地说，它涉及一种无石棉复合密封垫片。


背景技术：

2.随着我国经济的蓬勃发展，我国的汽车工业、船舶工业、石化工业、内燃机工业、核能发电工业以及航空航天工业，近十年来一直以突飞猛进的速度在蓬勃发展。密封垫片是这些工业中不可或缺的重要部件，与这些工业的发展相关的环保问题，安全问题，应用性能质量都有着唇齿相依的关系。
3.由于石棉纤维具有良好的抗载荷能力，以及优异的耐化学性能和耐温性，且石棉纤维表面积大、吸附性能好等优点，广泛用于密封材料中，但由于石棉纤维被发现有致癌的危害，无石棉复合密封材料已逐渐开始取代石棉密封材料，目前，无石棉复合密封垫片大多采用橡胶抄取工艺制得，制得的密封垫片仅能在耐高温或耐高压等单一工况下使用，在含水和水蒸气介质的工况中使用时吸水率高，垫片的耐水性不佳，且时间久后极易出现霉变的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供一种无石棉复合密封垫片，能够解决密封垫片在水和水蒸气介质的使用工况中耐水性欠佳且容易霉变的问题，能够明显改善材料的抗水性能和抗霉性。
5.本技术提供的一种无石棉复合密封垫片采用如下的技术方案：一种无石棉复合密封垫片，包括密封垫本体和设于密封垫本体周向的复合功能层，所述复合功能层包覆密封垫本体，所述复合功能层包括以下重量百分比的原料：改性纤维40-66%，防水颗粒10-35%，复合粘结剂8-16%，聚甲基硅倍半氧烷1-2.5%，硫化剂0.6-1.2%和四氢糠醇0.2-0.8%；所述防水颗粒包括以下原料：硝酸纤维素、炭黑、矿物料和聚甲基三乙氧基硅烷；所述改性纤维包括以下原料：聚酰胺、聚酯、石油树脂、钛白粉、8-羟基喹啉铜、偶联剂和聚氨酯水分散体。
6.通过采用上述技术方案，复合功能层中，采用防水颗粒和改性纤维在复合粘结剂和聚甲基硅倍半氧烷的作用下，有效防止水分渗入，使得密封垫片具有优良的憎水性能，密封垫片的抗水性能佳。同时采用四氢糠醇作为体系的助剂，起到良好的润滑和分散作用，促进各原料组分间的均匀展着。
7.将硝酸纤维素、炭黑、矿物料和聚甲基三乙氧基硅烷在一定条件下制成防水颗粒，其不仅能够作为填料填充提高密封垫片的密封性能，还能够有效改善密封垫片的抗水性，聚甲基三乙氧基硅烷能够改善炭黑和矿物料的表面性能，同时赋予其优良的憎水性和耐候性，协同硝酸纤维素改善材料的耐水性能。
8.改性纤维中采用聚酰胺和聚酯复配，本技术选用的聚酰胺和聚酯的熔点低，均在200℃以下，以利于与石油树脂混溶形成聚合物溶液，钛白粉和8-羟基喹啉铜具有优异的耐
霉菌性能，在一定条件下，与其他原料组分有效结合，以使得形成的改性纤维具有优异的耐霉菌性能，在水和水蒸气介质的使用工况中的耐霉菌性能佳。
9.优选的，所述防水颗粒包括以下重量份的原料：硝酸纤维素1-2.5份、炭黑2.5-5份、矿物料5-11份和聚甲基三乙氧基硅烷2-4份。
10.通过采用上述技术方案，优化防水颗粒中各原料组分的用量关系，改善防水颗粒在密封垫片中的效用发挥。
11.优选的，所述防水颗粒经由以下步骤制得：以聚甲基三乙氧基硅烷作为介质，对炭黑和矿物料进行湿式研磨，随后与硝酸纤维素混合均匀进行捏合，得到粒径为500-900目的防水颗粒。
12.通过采用上述技术方案，将炭黑和矿物料进行研磨，同时采用聚甲基三乙氧基硅烷作为介质，能够有效激发其表面活性，改善其表观性能，赋予其良好的耐水性，与硝酸纤维素进行捏合后，形成的防水颗粒能够有效改善密封垫片的耐水性。
13.优选的，所述改性纤维包括以下重量份的原料：聚酰胺10-22份、聚酯8-16份、石油树脂7-14份、钛白粉1-2.6份、8-羟基喹啉铜0.6-1.5份、偶联剂0.1-0.2份和聚氨酯水分散体4-9份。
14.通过采用上述技术方案，进一步优化改性纤维的各原料组分，不仅使得改性纤维具有良好的粘结性和相容性，还能够提高密封垫片的耐水和耐霉菌性能。
15.优选的，所述改性纤维包括以下步骤：步骤1，将钛白粉、8-羟基喹啉铜和偶联剂混合均匀，并加热升温，并加入聚氨酯水分散体，形成粘弹性流体；步骤2，将聚酰胺和聚酯加入熔融的石油树脂中均匀分散，形成聚合物溶液；步骤3，将聚合物溶液和粘弹性流体通过静电纺丝得到改性纤维。
16.通过采用上述技术方案，通常采用低软化点的c5石油树脂，其混溶性好，能够使得聚酰胺和聚酯的均匀分散，以利于形成均匀分散的聚合物溶液，粘弹性流体中不仅具有良好的粘性，含有的钛白粉和8-羟基喹啉铜均为纳米级粉末，通过偶联剂能够均匀分散在聚氨酯水分散体中，在静电纺丝过程中与聚合物溶液进行有效结合，得到的改性纤维不仅具有优良的强度和回弹性，保证密封垫片的密封性能，还能有效改善密封垫片的耐水和耐霉菌性能，以使得密封垫片能够在水和水蒸气介质的使用工况中长期使用，密封垫片的抗水性能和耐霉菌性能佳。
17.优选的，所述偶联剂选自乙烯基硅烷偶联剂、丙烯基硅烷偶联剂、甲基丙烯基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂中的一种。
18.通过采用上述技术方案，优化偶联剂的组分选用，改善组分间的分散性和界面结合力，同时使得改性纤维与其它原料组分的相容性好，共同改善密封垫片的综合性能。
19.优选的，所述矿物料选自膨润土、滑石粉、硅藻土中的至少一种。
20.通过采用上述技术方案，优化矿物料的选取，保证密封垫片的强度，得到的密封垫片能够在水和水蒸气介质中长久使用。
21.优选的，所述复合粘结剂包括橡胶和聚乙烯醇。
22.优选的，所述橡胶和聚乙烯醇的重量比为(7-11):(1-5)。
23.通过采用上述技术方案，选用橡胶和聚乙烯醇共同作为复合粘结剂，并优化橡胶
和聚乙烯醇的用量比，不仅能够改善体系的粘度，调和组分之间的界面粘结力，以使得各原料组分之间紧密结合，辅助改善密封垫片的耐水性能。
24.综上所述，本技术具有以下有益效果：1.采用防水颗粒和改性纤维在复合粘结剂和聚甲基硅倍半氧烷的作用下，有效防止水分渗入，使得密封垫片具有优良的憎水性能，密封垫片的抗水性能佳。
25.2.将炭黑和矿物料进行研磨，同时采用聚甲基三乙氧基硅烷作为介质，能够有效激发其表面活性，改善其表观性能，赋予其良好的耐水性，与硝酸纤维素进行捏合后，形成的防水颗粒能够有效改善密封垫片的耐水性。
26.3.石油树脂混溶性好，能够使得聚酰胺和聚酯的均匀分散，以利于形成均匀分散的聚合物溶液，粘弹性流体不仅能够促进各原料组分的有效粘结和结合，并通过静电纺丝技术使得改性纤维不仅具有优良的强度和回弹性，保证密封垫片的密封性能，还能有效改善密封垫片的耐水和耐霉菌性能，以使得密封垫片能够在水和水蒸气介质的使用工况中长期使用，密封垫片的抗水性能和耐霉菌性能佳。
附图说明
27.图1是本技术实施例1的结构示意图。
28.附图标记说明：1、密封垫本体；2、复合功能层。
具体实施方式
29.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。本技术所用原料均为普通市售原料，其中丁苯橡胶牌号为sbr－1502，丁腈橡胶中丙烯腈含量为25-30%。
30.改性纤维制备例制备例1改性纤维包括以下步骤：步骤1，将钛白粉1kg、8-羟基喹啉铜0.6kg和乙烯基硅烷偶联剂0.1kg混合均匀，并加热使得温度升至40℃，然后加入聚氨酯水分散体4kg，形成粘弹性流体；步骤2，将聚酰胺10kg和聚酯8kg加入熔融的石油树脂7kg中均匀分散，形成聚合物溶液；步骤3，将聚合物溶液和粘弹性流体通过静电纺丝得到改性纤维。
31.制备例2改性纤维包括以下步骤：步骤1，将钛白粉2.6kg、8-羟基喹啉铜1.5kg和丙烯基硅烷偶联剂0.2kg混合均匀，并加热使得温度升至40℃，然后加入聚氨酯水分散体9kg，形成粘弹性流体；步骤2，将聚酰胺22kg和聚酯16kg加入熔融的石油树脂14kg中均匀分散，形成聚合物溶液；步骤3，将聚合物溶液和粘弹性流体通过静电纺丝得到改性纤维。
32.制备例3改性纤维包括以下步骤：步骤1，将钛白粉2kg、8-羟基喹啉铜1.1kg和甲基丙烯基硅烷偶联剂0.2kg混合均
匀，并加热使得温度升至40℃，然后加入聚氨酯水分散体7kg，形成粘弹性流体；步骤2，将聚酰胺18kg和聚酯13kg加入熔融的石油树脂12kg中均匀分散，形成聚合物溶液；步骤3，将聚合物溶液和粘弹性流体通过静电纺丝得到改性纤维。
33.制备例4与制备例3的区别在于，聚酰胺25kg、聚酯6kg、石油树脂18kg、钛白粉4kg、8-羟基喹啉铜0.5kg、环氧基硅烷偶联剂0.1kg、聚氨酯水分散体3kg；其余均与制备例3相同。
34.防水颗粒制备例制备例一防水颗粒经由以下步骤制得：以聚甲基三乙氧基硅烷2kg作为介质，对炭黑2.5kg和膨润土5kg进行湿式研磨，研磨时间为3h，随后与硝酸纤维素1kg混合均匀进行捏合，得到粒径为500-900目的防水颗粒。
35.制备例二防水颗粒经由以下步骤制得：以聚甲基三乙氧基硅烷4kg作为介质，对炭黑5kg和硅藻土11kg进行湿式研磨，研磨时间为3h，随后与硝酸纤维素2.5kg混合均匀进行捏合，得到粒径为500-900目的防水颗粒。
36.制备例三防水颗粒经由以下步骤制得：以聚甲基三乙氧基硅烷3.1kg作为介质，对炭黑3.5kg和高岭土4kg和滑石粉5kg进行湿式研磨，研磨时间为3h，随后与硝酸纤维素2kg混合均匀进行捏合，得到粒径为500-900目的防水颗粒。
37.制备例四与制备例三的区别在于，硝酸纤维素0.5kg、炭黑5kg、滑石粉10kg、聚甲基三乙氧基硅烷5kg；其余均与制备例三相同。
实施例
38.实施例1无石棉复合密封垫片，包括密封垫本体1和设于密封垫本体1周向的复合功能层2，所述复合功能层2包覆密封垫本体1，所述复合功能层2包括以下重量百分比的原料：制备例1制得的改性纤维51%，制备例一制得的防水颗粒35%，丁苯橡胶7%，聚乙烯醇5%，聚甲基硅倍半氧烷1%，硫化剂0.6%，四氢糠醇0.4%。
39.实施例2无石棉复合密封垫片，包括密封垫本体1和设于密封垫本体1周向的复合功能层2，所述复合功能层2包覆密封垫本体1，所述复合功能层2包括以下重量百分比的原料：制备例1制得的改性纤维66%，制备例一制得的防水颗粒17.5%，丁腈橡胶11%，聚乙烯醇1%，聚甲基硅倍半氧烷2.5%，硫化剂1.2%，四氢糠醇0.8%。
40.实施例3无石棉复合密封垫片，包括密封垫本体1和设于密封垫本体1周向的复合功能层2，所述复合功能层2包覆密封垫本体1，所述复合功能层2包括以下重量百分比的原料：制备例1制得的改性纤维55%，制备例一制得的防水颗粒30%，丁苯橡胶11%，聚乙烯醇1%，聚甲基硅
倍半氧烷1.4%，硫化剂1%，四氢糠醇0.6%。
41.实施例4与实施例3的区别在于，丁苯橡胶9%，聚乙烯醇3%，其余均与实施例3相同。
42.实施例5与实施例3的区别在于，选用制备例2制得的改性纤维，其余均与实施例3相同。
43.实施例6与实施例3的区别在于，选用制备例3制得的改性纤维，其余均与实施例3相同。
44.实施例7与实施例3的区别在于，选用制备例4制得的改性纤维，其余均与实施例3相同。
45.实施例8与实施例6的区别在于，选用制备例二制得的防水颗粒，其余均与实施例6相同。
46.实施例9与实施例6的区别在于，选用制备例三制得的防水颗粒，其余均与实施例6相同。
47.实施例10与实施例6的区别在于，选用制备例四制得的防水颗粒，其余均与实施例6相同。
48.对比例对比例1与实施例9的区别在于，防水颗粒经由以下步骤制得：将炭黑3.5kg和高岭土4kg和滑石粉5kg和硝酸纤维素2kg混合均匀；其余均与实施例9相同。
49.对比例2与实施例9的区别在于，防水颗粒经由以下步骤制得：以聚甲基三乙氧基硅烷3.1kg作为介质，对炭黑3.5kg和高岭土4kg和滑石粉5kg进行湿式研磨，研磨时间为3h，其余均与实施例9相同。
50.对比例3无石棉复合密封垫片，由以下重量百分比的原料制成：制备例3制得的改性纤维55%，炭黑15%，滑石粉15%，丁苯橡胶11%，聚乙烯醇1%，聚甲基硅倍半氧烷1.4%，硫化剂1%，四氢糠醇0.6%。
51.对比例4与实施例9的区别在于，无石棉复合密封垫片，由以下重量百分比的原料制成：聚酰胺35%，聚酯20%，制备例三制得的防水颗粒30%，丁苯橡胶11%，聚乙烯醇1%，聚甲基硅倍半氧烷1.4%，硫化剂1%，四氢糠醇0.6%。
52.对比例5与实施例9的区别在于，改性纤维经由以下步骤制得：将钛白粉、8-羟基喹啉铜、甲基丙烯基硅烷偶联剂、聚酰胺和聚酯、石油树脂搅拌混合均匀；其余均与实施例9相同。
53.性能检测试验将实施例1-10和对比例1-5制得的密封垫片按照gb/t22209-2008进行浸蒸馏水试验，温度设定为25℃，时间设定为6h，记录密封垫片的浸蒸馏水吸水率和浸蒸馏水增厚率，结果见表1。
54.将实施例1-10和对比例1-5制得的密封垫片参照gb/t 1741-2007进行耐霉菌试
验，记录密封垫片的耐霉等级，结果见表1。
55.表1 浸蒸馏水吸水率/%浸蒸馏水增厚率/%耐霉等级实施例12.811.920级实施例22.91.970级实施例32.121.840级实施例42.11.80级实施例52.291.910级实施例61.821.740级实施例71.951.820级实施例81.771.80级实施例91.691.70级实施例101.891.920级对比例15.12.881级对比例25.433.011级对比例36.43.62级对比例44.222.893级对比例53.962.712级结合实施例1-10并结合表1可以看到，通过本技术制得的密封垫片浸蒸馏水吸水率和浸蒸馏水增厚率均低，材料的抗水性能佳，同时耐霉等级可达到0级，具有优异的耐霉性能，能够在水和水蒸气的介质中长久使用。
56.结合实施例9和对比例1-3并结合表1可以看到，对比例1中缺少聚甲基三乙氧基硅烷，并直接将其他组分进行混合，对比例2中缺少硝酸纤维素，同时省去捏合步骤，以使得对比例1和对比例2得到的防水颗粒的性能均明显不佳，从而导致得到的产品的浸蒸馏水吸水率和浸蒸馏水增厚率显著上升，同时产品的耐霉性等级下降，由此可见，只有采用本技术的原料组分并配合特定的制备方法得到的防水颗粒，才能够有效改善产品的质量。
57.结合实施例9和对比例3和4并结合表1可以看到，对比例3中将防水颗粒替换成等量的炭黑和滑石粉，炭黑和滑石粉仅能在体系中单独起到增韧补强的作用，作为填料组分进行填充，导致产品的抗水性差，耐霉等级下降；而对比例4中将改性纤维替换为未经处理的聚酰胺和聚酯，聚酰胺和聚酯虽然能够改善产品的强度，也使得产品有一定程度的抗水作用，但产品的耐霉性依旧无法让产品在水和水蒸气的介质中长久使用。
58.结合实施例9和对比例5并结合表1可以看到，直接将改性纤维的各原料组分混匀，各原料组分单独作用，依旧无法有效改善产品的耐水性和耐霉性能，产品在水和水蒸气的介质中的使用寿命低。
59.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。