一种环保无毒密封垫片及其制备方法

技术领域

本发明涉及密封技术领域，具体涉及一种环保无毒密封垫片及其制备方法。

背景技术

长期以来，以石棉为原材料的密封垫片被广泛应用，但随着社会的发展，人们越来越重视人体健康的发展和环境污染，由于石棉对环境污染严重，并且会对人体造成伤害，因此各国近年来逐步开始禁用石棉，开发一种无石棉密封垫片来替代石棉密封垫片已成为当前发展的必然趋势。

无石棉垫片是以无石棉密封材料，采用芳纶纤维、纤维、橡胶等材料制成的各种形状的密封产品。但由于无石棉密封垫片在设计时要考虑的要素比传统的石棉垫片要复杂得多，导致制备的无石棉密封垫片往往性能远远达不到人们的要求，同时随着社会的发展，单纯的无石棉密封垫片也无法满足人们的要求，开发一种功能性，高性能，密封性能好的环保无毒密封垫片成为当前亟需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种环保无毒密封垫片，按重量份计，原料包括弹性粘接剂30～40份，非石棉纤维10～12份，填料30～50份，功能助剂1～10份。

优选的，所述弹性粘接剂包括天然橡胶，三元乙丙橡胶，丁腈橡胶，丁基橡胶，氯丁橡胶，丁苯橡胶，羧基化丁腈橡胶，硅橡胶，氟橡胶的至少一种。

优选的，所述非石棉纤维包括芳纶浆粕纤维，纤维素纤维，酚醛纤维，矿物纤维，玻璃纤维，聚酯纤维的至少一种。

优选的，所述填料包括滑石粉，碳酸钙，高岭土，绢云母，白炭黑，凹凸棒粉，膨润土，纳米氧化铝，改性光触媒粒子，白云石矿粉的至少一种。

进一步优选的，所述填料包括绢云母，高岭土，改性光触媒粒子。

优选的，所述改性光触媒粒子平均粒径为18-30nm，比表面积为50-100m

优选的，所述功能助剂为石墨烯，所述石墨烯为改性氧化石墨烯。

所述改性氧化石墨烯所用的改性试剂包括聚苯乙烯磺酸钠，十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基苯磺酸钠的至少一种。

优选的，所述原料还包括助剂2～5份，所述助剂包括硫化剂，絮凝剂，消泡剂，促进剂。

本发明的第二个方面提供了一种环保无毒密封垫片的制备方法，包括以下步骤：

1)按重量份称取各原料，将非石棉纤维过筛得到特定长度的非石棉纤维。

2)将非石棉纤维，填料，功能助剂高速离心旋转5-10min，转速为200-250r/min，然后加入pH调节剂调节pH至中性。

3)加入弹性粘接剂，硫化剂，促进剂搅拌20-35min，转速为180-230r/min。然后加入絮凝剂和消泡剂，经抄取，热压，烘干，硫化后得到环保无毒密封垫片。

有益效果：

1)本发明制备的一种环保无毒密封垫片及其制备方法拉伸强度高，压伸回弹性好，蠕变性能好，力学性能极为优异。

2)本发明制备的一种环保无毒密封垫片及其制备方法泄露率低，密封性好，耐腐蚀性好，耐久好，能充分满足客户需要。

3)本发明制备的一种环保无毒密封垫片及其制备方法绿色环保，制备简单，价格低廉，适合大规模生产。

具体实施方式

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种环保无毒密封垫片，按重量份计，原料包括弹性粘接剂30～40份，非石棉纤维10～12份，填料30～50份，功能助剂1～10份。

所述弹性粘接剂是环保无毒密封垫片的主要成分之一，可使体系内的物质有机的结合在一起，粘接形成弹性网膜。

优选的，所述弹性粘接剂包括天然橡胶，三元乙丙橡胶，丁腈橡胶，丁基橡胶，氯丁橡胶，丁苯橡胶，羧基化丁腈橡胶，硅橡胶，氟橡胶的至少一种。

进一步优选的，所述弹性粘接剂包括丁腈橡胶和羧基化丁腈橡胶。所述丁腈橡胶和羧基化丁腈橡胶的重量比为(5-7)：(3-5)。

优选的，所述丁腈橡胶的固含量≥40％，在25℃粘度为≤600mpa·s。

优选的，所述羧基化丁腈橡胶的固含量40-45％，在25℃粘度为≤80mpa·s。

所述非石棉纤维对环保无毒密封垫片的性能有很大的影响，非石棉纤维代替石棉纤维成为环保无毒密封垫片的增强材料，具有绿色环保，较好的可设计性等众多优点。

优选的，所述非石棉纤维包括芳纶浆粕纤维，纤维素纤维，酚醛纤维，矿物纤维，玻璃纤维，聚酯纤维的至少一种。

优选的，所述非石棉纤维包括芳纶浆粕纤维，纤维素纤维和矿物纤维。所述芳纶浆粕纤维，纤维素纤维和矿物棉纤维的重量比为(3-8)：(8-13)：(15-20)。

优选的，所述芳纶浆粕纤维的平均长度为600-900um，所述纤维素纤维的平均长度为2500-2800um，所述矿物棉纤维的平均长度为1800-2000um。

所述填料能够帮助改善环保无毒密封垫片的加工性能和力学性能。不同的填料会使材料中的分子运动受到限制，填料的种类和含量对环保无毒密封垫片的性能有直接影响。

优选的，所述填料包括滑石粉，碳酸钙，高岭土，绢云母，白炭黑，凹凸棒粉，膨润土，纳米氧化铝，改性光触媒粒子，白云石矿粉的至少一种。

进一步优选的，所述填料包括绢云母，高岭土，改性光触媒粒子。所述绢云母，高岭土，改性光触媒粒子的重量比为(1-3)：(1-3)：(3-8)。

优选的，所述绢云母的平均粒径为800目-1600目。

优选的，所述高岭土的平均粒径为2000目-6000目。

优选的，所述改性光触媒粒子为无机包覆处理的亲水性光触媒粒子。

优选的，所述改性光触媒粒子平均粒径为18-30nm，比表面积为50-100m

弹性粘接剂的存在能够保证密封垫片的弹性更加优异的同时，也会导致密封垫片的蠕变松弛性变差。本发明意外研究发现所述填料绢云母，高岭土，改性光触媒粒子的加入能够有效保证密封垫片具有良好的蠕变松弛性能，同时还能提高密封垫片的力学性能和耐溶剂性，尤其是当所述绢云母，高岭土，改性光触媒粒子的重量比为(1-3)：(1-3)：(3-8)时，综合性能最佳。推测是由于所述填料与弹性粘接剂能够有效结合，弹性粘接剂分子链不能再占据原来的全部空间，使得相连的链段被固定化，并可能引起基体聚合物的取向。同时由于填料的尺寸稳定性，分子链运动受到限制，从而提升了密封垫片的力学性能。除此之外不同类型填料的平均粒径也不同，彼此之间相互结合有效填充了密封垫片。

所述功能助剂是一种以sp

优选的，所述功能助剂为石墨烯，所述石墨烯为改性氧化石墨烯。

优选的，所述改性氧化石墨烯所用的改性试剂包括聚苯乙烯磺酸钠，十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基苯磺酸钠的至少一种。

优选的，所述改性试剂与氧化石墨烯的重量比为100：(3-4)。

本发明所述改性氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

将100mg氧化石墨烯超声分散4h，加入改性试剂搅拌混合均匀，超声分散30min，加入80ul，85％水合肼和350ul，28％氨溶液搅拌混合均匀，升温到100℃，反应1h，得到改性氧化石墨烯。

石墨烯由于其独特的结构加入到体系可以在密封垫片形成有效的导电通路，还能够改善密封垫片导热性能和力学性能，从而扩大密封垫片的应用范围。本发明意外研究发现通过对氧化石墨烯进行改性可以进一步提高密封垫片的性能。推测是由于改性后的氧化石墨烯带正电荷可以有效的与弹性粘接剂以静电作用结合，体系物质之间以极小的距离靠近，促进密封垫片中导电和导热网络的生成，从而使密封垫片的性能比使用未改性的氧化石墨烯密封垫片的性能更佳。

优选的，所述原料还包括助剂2～5份，所述助剂包括硫化剂，絮凝剂，消泡剂，促进剂。所述硫化剂，絮凝剂，消泡剂，促进剂的重量比为(0.5-2):(0.5-1):(0.5-1)：(1-1.5)。

本发明所述硫化剂不作特别限制，所述硫化剂包括但不限于硫磺，氧化锌，氧化镁，四氧化三铅的至少一种。

优选的，所述絮凝剂包括硫酸铝，氯化铝，硫酸铁，氯化铁，聚合氯化铝，聚合硫酸铝，聚合氯化铁，聚合硫酸铁，聚硅酸，聚磷氯化铝，聚丙烯酰胺及其衍生物，聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙，丙烯酰胺接枝共聚物的至少一种。

优选的，所述絮凝剂包括聚磷氯化铝和聚丙烯酰胺及其衍生物。所述聚磷氯化铝和聚丙烯酰胺及其衍生物的重量比为(3-5)：(1-3)。

优选的，所述聚丙烯酰胺及其衍生物为阴离子聚丙烯酰胺。

优选的，所述消泡剂包括有机硅消泡剂，醇类消泡剂，脂肪酸酯消泡剂，磷酸酯类消泡剂，矿物油类，酰胺类消泡剂，环氧乙烷和环氧丙烷共聚物消泡剂的至少一种。

优选的，所述消泡剂在25℃下的粘度为1000-6000cp。

本发明所述促进剂不作特别限制，所述促进剂包括但不限于促进剂TMTD，促进剂DET，促进剂DPG，促进剂M，促进剂D，促进剂BZ，促进剂PZ，促进剂ZDC，促进剂CZ的至少一种。

本发明的第二个方面提供了一种环保无毒密封垫片的制备方法，包括以下步骤：

1)按重量份称取各原料，将非石棉纤维过筛得到特定长度的非石棉纤维。

2)将非石棉纤维，填料，功能助剂高速离心旋转5-10min，转速为200-250r/min，然后加入pH调节剂调节pH至中性。

3)加入弹性粘接剂，硫化剂，促进剂搅拌20-35min，转速为180-230r/min。然后加入絮凝剂和消泡剂，经抄取，热压，烘干，硫化后得到环保无毒密封垫片。

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。

实施例

实施例1

一种环保无毒密封垫片，按重量份计，原料包括弹性粘接剂32份，非石棉纤维11份，填料40份，功能助剂7份，助剂3份。

所述弹性粘接剂包括丁腈橡胶和羧基化丁腈橡胶。所述丁腈橡胶和羧基化丁腈橡胶的重量比为6：4。

所述丁腈橡胶的固含量≥43％，在25℃粘度为≤500mpa·s。所述羧基化丁腈橡胶的固含量44％，在25℃粘度为≤50mpa·s。所述丁腈橡胶和羧基化丁腈橡胶均购自江苏亚泰化工有限公司。

所述非石棉纤维包括芳纶浆粕纤维，纤维素纤维和矿物纤维。所述芳纶浆粕纤维，纤维素纤维和矿物纤维的重量比为7：10：18。

所述芳纶浆粕纤维的平均长度为700um，所述纤维素纤维的平均长度为2650um，所述矿物纤维的平均长度为1915um。

所述芳纶浆粕纤维购自烟台台普龙先进制造技术有限公司，所述纤维素纤维和矿物纤维均购自河北恒光矿产品有限公司。

所述填料包括绢云母，高岭土，改性光触媒粒子。所述绢云母，高岭土，改性光触媒粒子的重量比为2：2：5。

所述绢云母的平均粒径为800目-1600目。所述绢云母购自滁州市开金绢云母有限公司，牌号：KG-5。所述高岭土的平均粒径为4000目。所述高岭土购自长兴鑫奕新材料有限公司。所述改性光触媒粒子为无机包覆处理的亲水性光触媒粒子。所述改性光触媒粒子的平均粒径为25±5nm，比表面积为60-90m

所述功能助剂为石墨烯，所述石墨烯为改性氧化石墨烯。所述改性氧化石墨烯所用的改性试剂为十六烷基三甲基溴化铵。所述改性试剂与氧化石墨烯的重量比为100：3.5。

所述助剂包括硫化剂，絮凝剂，消泡剂，促进剂。所述硫化剂，絮凝剂，消泡剂，促进剂的重量比为0.8：0.7：0.7：1。

所述硫化剂为氧化锌。

所述絮凝剂包括聚磷氯化铝和聚丙烯酰胺及其衍生物。所述聚磷氯化铝和聚丙烯酰胺及其衍生物的重量比为4.5：1.5。所述聚磷氯化铝购自巩义市富源净水材料有限公司。所述聚丙烯酰胺及其衍生物为阴离子聚丙烯酰胺，购自巩义市众邦净水材料有限公司。

所述消泡剂为有机硅消泡剂。所述有机硅消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂。所述聚醚改性有机硅消泡剂在25℃下的粘度为2000-5000cp，购自山东大易化工有限公司，牌号:DY-ET121。

所述促进剂包括促进剂TMTD和促进剂D。所述促进剂TMTD和促进剂D的重量比为4：1.5。

一种环保无毒密封垫片的制备方法，包括以下步骤：

1)按重量份称取各原料，将非石棉纤维过筛得到特定长度的非石棉纤维。

2)将非石棉纤维，填料，功能助剂高速离心旋转8min，转速为230r/min，然后加入pH调节剂调节pH至7。

3)加入弹性粘接剂，硫化剂，促进剂搅拌30min，转速为200r/min。然后加入絮凝剂和消泡剂，经抄取，热压，烘干，硫化后得到环保无毒密封垫片。

实施例2

一种环保无毒密封垫片，具体实施方式与实施例1相同，不同之处在于所述绢云母，高岭土，改性光触媒粒子的重量比为3：3：8。

实施例3

一种环保无毒密封垫片，具体实施方式与实施例1相同，不同之处在于所述原料包括弹性粘接剂40份，非石棉纤维12份，填料50份，功能助剂10份，助剂5份。

实施例4

一种环保无毒密封垫片，具体实施方式与实施例1相同，不同之处在于所述消泡剂为有机硅消泡剂，所述有机硅消泡剂购自山东大易化工有限公司，牌号:DY-207A。

对比例1

一种环保无毒密封垫片，具体实施方式与实施例1相同，不同之处在于，所述石墨烯为氧化石墨烯，购自中国科学院成都有机化学有限公司，牌号：TNGO-3。

对比例2

一种环保无毒密封垫片，具体实施方式与实施例1相同，不同之处在于所述绢云母，高岭土，改性光触媒粒子的重量比为2：2：0.5。

对比例3

一种环保无毒密封垫片，具体实施方式与实施例1相同，不同之处在于所述非石棉纤维为芳纶浆粕纤维。

性能测试

1.压缩和回弹性测试：按照GB/T20671《非金属垫片材料分类体系及试验方法垫片材料压缩率回弹率试验方法》进行测试。

2.蠕变松弛性测试：按照GB/T20671《非金属垫片材料分类体系及试验方法垫片材料蠕变松弛率试验方法》进行测试。

3.密封性测试：按照GB/T20671《非金属垫片材料分类体系及试验方法垫片材料密封性试验方法》进行测试。

4.耐腐蚀性测试：按照GB/T27795-2011《非金属垫片腐蚀性试验方法》进行测试。

表1性能测试结果

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。