一种核级耐油无石棉纤维密封材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及无石棉密封材料技术领域，公开了一种核级耐油无石棉纤维密封材料，由一定量的矿物纤维、芳纶短纤维、腈纶短纤维及丁腈橡胶、天然胶和填料、硫化剂等制成，丁腈橡胶中丙烯腈含量≥35wt%，填料中含有2

【技术实现步骤摘要】
一种核级耐油无石棉纤维密封材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及无石棉密封材料
，具体涉及一种核级耐油无石棉纤维密封材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]石棉密封材料具有密封性能高、价格低廉等优势，广泛应用在各领域中。但是废弃或者破碎的石棉对环境污染严重，石棉的细微纤维可引起人体呼吸道疾病，尤其是肺部肿瘤，并且潜伏期长，因此禁用石棉密封材料是密封行业发展趋势。无石棉密封材料是指通过合成纤维、矿物纤维等替代石棉纤维制备的密封材料，相对石棉材料更加安全，目前使用已经开发的种类有聚四氟乙烯平垫片、柔性石墨复合垫等。但是目前大部分无石棉密封材料的性能与石棉密封材料相比还略显差距，难以满足核电、军工、航天等行业对密封材料性的高性能要求。如在核电厂中，核电厂承压设备法兰密封、流体输送管路法兰密封、核反应堆的堆心压力容器顶盖的密封等均涉及密封材料，其中一项重要的性能要求就是密封材料的耐油性。当前，核电行业的密封材料技术主要被国外Garlock、Klinger等公司掌握，并具有市场垄断地位，我国核电设备使用的无石棉大多依靠国外进口。
[0003]申请人在CN102501298B“一种100％无石棉环保型密封板及其制备方法”中公开了一种利用氟橡胶制备的无石棉密封材料，具有较高的耐油性能，但是受限于氟橡胶自身特点，耐磨性等尚待进一步提升，气体密封性也不稳定，而且与丁腈橡胶制品相比价格也不具备优势。因此为满足核电等特定场合的使用要求，开发耐油性、气密封性以及耐磨性等兼备的密封材料具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于丁腈橡胶的核级耐油无石棉纤维密封材料，不仅具备丁腈橡胶良好的耐磨性等，而且耐油性高，可满足核电、军工等领域的密封性能要求。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供上述密封材料的制备方法。
[0006]本专利技术提供如下的技术方案：一种核级耐油无石棉纤维密封材料，包括以下重量份的各组分：基础纤维：矿物纤维24～28份；增强纤维：芳纶短纤维15～20份、腈纶短纤维2.0～3.0份；橡胶配合剂：丁腈橡胶18～25份、天然胶15～17份、液体丁腈橡胶5～8份；填料：白炭黑8～10份、轻钙50～60份、硫酸钡25～27份、强威粉38～40份、2
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羟基
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甲基
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丁烯腈或2
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羟基
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3丁烯腈的稀土配合物3～6份；硫化组份：氧化锌1.2～2.0份、氧化镁2.5～3.0份、硫磺0.1～0.15份、防老剂A0.7～0.8份、齐聚酯2.0～3.0份，促进剂0.1～0.2份；其中丁腈橡胶中丙烯腈含量≥35wt％。
[0007]密封垫片等的各种性能由非石棉纤维、胶黏乳剂、填料等以及制备工艺共同决定，
其中胶黏乳剂将各部分结合起来，并通过硫化固定成型，所以选用合适的胶黏乳剂非常重要。丁腈橡胶是无石棉密封材料中常用的胶黏乳剂，耐油性与氟橡胶相比稍弱，但是价格低廉，被广泛使用。丁腈橡胶中的腈基极性高，为丁腈橡胶提供了主要的耐油性，提升丁腈橡胶中的腈基含量可以提升丁腈橡胶的耐油性，密封材料的耐油性也得到明显提升，但是橡胶的耐寒性也下降明显。综合考虑各种性能，丁腈橡胶中的丙烯腈的含量一般在40％以内，本专利技术中选用35％～42％丙烯腈含量的丁腈橡胶以获得高耐油性。
[0008]由于腈基与耐油性的关系，在丁腈橡胶的基础上增加腈基的含量是提升丁腈橡胶或者密封材料整体耐油性的一个可选路径。目前存在将聚丙烯腈与丁腈橡胶直接混合，或者在丁腈橡胶中原位生成聚丙烯腈的研究。对于前者，聚丙烯腈的极性高于丁腈橡胶且聚丙烯腈的熔点高，两者机械混合性能差，耐油性提高有限，并且以损耗部分力学强度为代价；对于后者，聚丙烯腈原位聚合的时间缓慢，而且涉及到对丁腈橡胶的前序改性，过程复杂。当然在密封材料制备中直接以丙烯腈等小分子单体形式补充进去也是一种技术思路，但是小分子丙烯腈容易从密封材料中迁移出来，造成密封材料使用过程中的性能下降明显，而且丙烯腈直接添加到密封材料中的安全性也是必须考虑的问题。
[0009]基于上述考虑，专利技术人团队避开聚合丙烯腈的技术方向，将2
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羟基
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甲基
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丁烯腈或2
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羟基
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3丁烯腈与稀土形成配合物添加到密封材料中，利用配位效果避免丁烯腈的迁移流失，在密封材料中补充腈基。同时配合物中稀土以一比多的形式配位2
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丁烯腈或2
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羟基
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3丁烯腈，所含丁烯腈的质量分数可以达到60％以上，高于丁腈橡胶中的丙烯腈的质量含量，因此密封材料的耐油性能得到提升，并且保留了丁腈橡胶所带来的耐磨、耐老化、气密性等优点。
[0010]作为本专利技术的优选，所述2
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甲基
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丁烯腈或2
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羟基
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3丁烯腈的稀土配合物经以下过程制备：将稀土的氯化物溶解在乙醇中制成0.04～0.08mol/L的稀土溶液，然后将2
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羟基
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甲基
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3丁烯腈或2
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羟基
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丁烯腈溶解在乙醇中制成0.2～0.22mol/L的醇溶液，向醇溶液中加入氢氧化钠溶液至氢氧化钠浓度为0.1～0.12mol/L，然后将醇溶液搅拌添加下滴加到稀土溶液中反应生成沉淀，丁烯腈和稀土氯化物的摩尔比为3～4:1，然后将沉淀静置陈化后过滤，真空干燥。
[0011]专利技术人通过研究，参考现有技术中关于有机稀土配合物的制备，将2
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丁烯腈或2
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丁烯腈与稀土配位，其中丁烯腈中的氧原子以及腈基通过提供孤对电子与稀土发生配位，从而利用稀土实现对两种丁烯腈小分子的束缚。
[0012]作为本专利技术的优选，所述稀土选自轻稀土中的一种。采用镧、钕等均可以实现配合。同时轻稀土便宜，且相较于大量使用氟橡胶，我们仅使用少量的轻稀土配合丁腈橡胶使用，整体上仍是可以接受的。
[0013]上述核级耐油无石棉纤维密封材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将丁腈橡胶和天然橡胶经有机溶剂浸泡溶胀，然后将各填料成分、液体丁腈橡胶添加到溶胀的丁腈橡胶和天然橡胶的复配物中；(2)将矿物纤维、芳纶短纤维和腈纶短纤维混合开松处理，然后将步骤(1)所得到的混合成分与开松后的纤维混合，并添加硫化组份搅拌混合得到混合物；(3)将混合物在成张机上进行压光处理制成板材；
(4)将压光后的板材送入硫化机中硫化得到核级耐油无石棉纤维密封材料。
[0014]作为本专利技术方法的优选，步骤(1)中的有机溶剂为甲苯、二甲苯或二丁酯。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核级耐油无石棉纤维密封材料，其特征在于，包括以下重量份的各组分：基础纤维：矿物纤维24～28份；增强纤维：芳纶短纤维15～20份、腈纶短纤维2.0～3.0份；橡胶配合剂：丁腈橡胶18～25份、天然胶15～17份、液体丁腈橡胶5～8份；填料：白炭黑8～10份、轻钙50～60份、硫酸钡25～27份、强威粉38～40份、2
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3丁烯腈的稀土配合物3～6份；硫化组份：氧化锌1.2～2.0份、氧化镁2.5～3.0份、硫磺0.1～0.15份、防老剂A 0.7～0.8份、齐聚酯2.0～3.0份，促进剂0.1～0.2份；其中丁腈橡胶中丙烯腈含量≥35wt%。2.根据权利要求1所述的核级耐油无石棉纤维密封材料，其特征在于，所述2
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3丁烯腈的稀土配合物经以下过程制备：将稀土的氯化物溶解在乙醇中制成0.04～0.08mol/L的稀土溶液，然后将2
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3丁烯腈或2
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丁烯腈溶解在乙醇中制成0.2～0.22mol/L的醇溶液，向醇溶液中加入氢氧化钠溶液至氢氧化钠浓度为0.1～0.12mol/L，然后将醇溶液搅拌添加下滴加到稀土溶液中反应生成沉淀，丁烯腈和稀土氯化物的摩尔比为3～4:1，然后将沉淀静置陈化后过滤，真空干燥。3.根据权利要求1或2所述的核级耐油无石棉纤维密封材料，其特征在于，所述稀土选自轻稀土中的一种。4.一种如权利要求1至3任一所述的核级耐油无石棉纤维密封材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将丁腈橡胶和天然橡胶经有机溶剂浸泡溶胀，然后将各填料成分、液体丁腈橡胶添加到溶胀的丁腈橡胶和天然橡胶的复配物中；（2）将矿物纤维、芳纶短纤维和腈纶短纤维混合开松处理，然后将步骤（1）所得到的混合成分与开松后的纤维混合，并添加硫化组份搅拌混合得到混合物；（3）将混合物在成张机上进行压光处理制成板材；（4）将压光后的板材送入硫化机中硫化得到核级耐油无石棉纤维密封材料。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙利杰，付英民，俞江帆，陈磊，
申请(专利权)人：中广核核电运营有限公司，
类型：发明
国别省市：