填充聚丙烯腈复合型浆粕的摩擦-密封复合材料.doc

填充聚丙烯腈复合型浆粕的摩擦-密封复合材料第58卷第6期2007年6月化工JournalofChemicalIndustryandEngineering(China)V01.58JuneN0.62007填充聚丙烯腈复合型浆粕的摩擦/密封复合材料李锦春,陈志刚,尤松,尤秀兰(江苏工业学院,江苏常州213016;上海兰邦工业纤维有限公司,上海201209)关键词:聚丙烯腈浆粕中图分类号:7B332(腈纶浆粕);复合型浆粕;复合材料;摩擦材料;密封材料文献标识码:A文章编号:04381157(2007)O61598O5Frictionandgasketmaterialsreinforcedbynewtypeofcompoundp0lyacryl0nitrilepulpLIJincbun,CHENZhigang,YOUSong,YOUXiulan(JiangsuPolytechnicUniversity,Changzhou213016,Jiangsu,China;ShanghaiLanbangTechnicalFiberCompany,Shanghai201209,China)Abstract:Thepropertiesofthefriction/gasketmaterialsreinforcedbyapolyacrylonitrilecompoundpulp,inwhichthepolyacrylonitrileshortcutfiberwasuniformlywrappedaroundbythepolyacryIonitrilepulpbyaspecialtechnologywasstudied.Theshortcutfibersprovidedthemechanicalstrengthandthehighlyfibrillatedpulpentrappedandheldothercomponentsandalsoavoidedballingforentanglementbetweenthefibers.Theresultsshowedthatthefrictionmaterialsreinforcedbythecompoundpulphadsmoothsurface,excellentfrictionandwearpropertiesandthegasketmaterialsreinforcedbythecompoundpulphadhighstrength,goodelasticityandheatresistance.Keywords:polyacrylonitrepulp;compoundpulp;compositematerials;frictiongasketmaterials;gasketsheet引古口众所周知,石棉纤维是兼有阻燃,增强,触变,助加工等优异的综合性能的无机纤维,被广泛用于摩擦材料,密封材料,水泥混凝土制品等多种领域,但石棉制品无论在生产或是使用过程中均会给人体健康造成严重危害,世界各国都在致力于寻求合适的非石棉纤维以替代石棉纤维.目前取代石棉纤维用于复合材料中的有机纤维主要有芳纶浆粕,聚丙烯腈浆粕以及纤维素浆粕等,它们都具有20060712收到初稿,2006122O收到修改稿.联系人及第一作者:李锦春(1965),男,副教授.基金项目;江苏省自然科学基金项目(BK2002010).高度原纤化的结构,具有较强的捕获细微粒子,截留组分的能力,特别是对位芳酰胺浆粕,聚丙烯腈浆粕等合成纤维浆粕比纤维素浆粕具有更好的环境适应性和稳定性,但浆粕状纤维往往不能提供基体足够的强度.除了上述各类浆粕外,碳纤维,聚乙烯醇纤维,玻璃纤维等短切纤维也用于取代石棉r3,它们能提供基体一定的机械强度,但在混料过程中短切纤维之间易相互缠结,出现纤维起球的现象,且光滑的表面不能捕获细微粒子,不易控制组分流Receiveddate:2006一O712.Correspondingauthor:LIJinchun,associateprofessor.Email:lijinchun88163.COITIFoundationitem:supportedbytheNaturalScienceFoundationofJiangsuProvince(BK2002010).第6期李锦春等:填充聚丙烯腈复合型浆粕的摩擦密封复合材料?j599?失,且与基体间的黏合力差,拔出.在使用过程中易1.2聚丙烯腈复合型浆粕增强无石棉密封材料的本文采用特殊加工工艺使聚丙烯腈浆粕均匀地包覆在聚丙烯腈短切纤维的表面,制备了可替代石棉的聚丙烯腈复合型浆粕,包含表面粗糙的聚丙烯腈短切纤维和高度原纤化的聚丙烯腈浆粕,研究了聚丙烯腈复合型浆粕在摩擦,密封材料中的应用.】实.验1.1聚丙烯腈复合浆粕增强摩擦材料的制备1.1.1原材料及配方聚丙烯腈复合型浆粕JFP500一A,上海兰邦工业纤维有限公司产品;石棉,五级;酚醛树脂2123,泰州市天成化工有限公司;炭黑N330,杭州富春江化工有限公司;铁矿粉,四川省安县华西矿粉有限公司;其他填料:如硫酸钡等.摩擦材料试样配方为(体积百分比):1:石棉纤维1O,酚醛树脂25,铁矿粉25,制备1.2.1原材料及配方无石棉橡胶密封板的配方中,生胶和配合剂对密封板的耐介质性耐热性能和物理性能有较大的影响,选用物理性能和耐油性能较好的丁腈橡胶与少量天然纤维的并用体系,硫化体系选用低硫高效硫化体系,填料选用白炭黑和其他无机矿物质的并用体系.橡胶密封板的配方:生胶25份(丁腈橡胶2O份,天然橡胶5份),聚丙烯腈复合型浆粕(JFPSOOB)15份,白炭黑2O份,其他填料及橡胶配合加工助剂4O份.1.2.2成型工艺聚丙烯腈复合型浆粕增强无石棉橡胶密封板由生胶,JFP5OOB,无机填料及橡胶配合剂等组分,参照石棉增强橡胶密封板的模压生产工艺_8,流程如图4所示.其中,硫化温度为135,硫化压力为13MPa,硫化时间为1omin炭黑5,其他填料,35;2:JFP500一A10,酚醛树脂25,铁矿粉25,2结果和讨论炭黑5,其他填料,351.1.2压制工艺采用干法工艺成型,及成型条件为工艺流程2?1聚丙烯腈复合型浆粕的结构与性能配料+混合+热压一热处理+样品其中,模压温度:155士5,压力:20MPa,时间:10rain;热处理条件:180保温8h.1.1.3摩擦性能测试按GB/T1183420005及GB/T57631998_6方法测试,紧压力0.9MPa,对偶材质HT25O/HB2O0,室内温度25,采用HPS型定速式摩擦试验机.样品尺寸:25mm25mm5mm,每样品3片.升温过程中,分别测定100,150,200,250时的摩擦系数和磨损率并进行回复性试验.聚丙烯腈复合型浆粕是由表面粗糙的聚丙烯腈短切纤维(如图2所示)和高度原纤化的聚丙烯腈浆粕(如图3所示)根据需要按不同的比例混合,采用特殊加工工艺使高度原纤化的浆粕均匀地包覆在表面粗糙的短切纤维表面得到的,其微观结构如图4所示.这种聚丙烯腈复合型浆粕除具有聚丙烯腈纤维本身所具有的优异的环境适应性,对湿度不敏感及较高的使用温度外,短切纤维提供基体机械强度,高度原纤化的浆粕抓捕各种细微粒子,抑制组分流失,代替石棉用于复合材料中,具有增强效果好,加工性能优的特点.也.丘u.d.idin.fJd./图1聚丙烯腈复合型浆粕增强无石棉橡胶密封板模压成型工艺Fig.1Moldedformingtechnologyofnon-asbestos?1600?化工第58卷图2表面粗糙的聚丙烯腈短切纤维Fig.2SEMofPANshortcutfiberwithroughsurface图3高度原纤化的聚丙烯腈浆粕Fig.3SEMofhighlyfibrillatedPANpulps图4聚丙烯腈复合型浆粕Fig.4SEMofPANcompoundpulps2.2聚丙烯腈浆粕对粒子捕获能力试验结果自行设计试验评判高度原纤化的聚丙烯腈浆粕对细微粒子的捕获能力并与DuPant生产的芳纶浆粕Kevlar1F538进行对比,方法如下:称取浆粕状纤维100g,0.045mm(325目)的白炭黑900g,在梨耙式混料机中混合5rain后,用0.075mm(200日)的不锈钢网筛子进行筛选,收集过筛物并称重.试验结果如表1所示.表1聚丙烯腈浆粕对细微粒子的捕获能力试验结果Table1TestingresultofcapturecapabilityforPAN-pulpstofineparticles可见,高度原纤化浆粕状纤维对细微粒子具有非常好的捕获能力,因此,在复合材料中容易截留组分,从而有利于得到性能稳定,表面光洁的复合材料.2.3聚丙烯腈复合型浆粕的应用研究2.3.1聚丙烯腈复合浆粕增强摩擦材料的摩擦性能按1.1节所述试样的摩擦磨损性能的测试计算结果如表2所示93.由表2可以看出,石棉纤维增强的1试样,随测试温度的升高,摩擦系数变化比较平稳,都在0.35左右,而磨损率随温度升高而增大,在摩擦面的温度为200时,其磨损率高达0.5610am.?m-.,这主要是由于天然矿物石棉纤维中含有磁铁矿,硬度较高的原因r1.聚丙烯腈复合型浆粕取代石棉纤维增强的2试样,摩擦系数随测试温度升高而升高,高温摩擦系数较高(达0.45)且稳定,同时试样在不同温度下的磨损率都较小且变化不大.高度原纤化的聚丙烯腈浆粕具有较强的捕获无机填料粒子的能力,而且纤维表面具有丰富的极性基团CN,使其在基体中容易分散,与树脂基体间的粘合性能优异,试样强度较高,不易剥落,从而使试样具有较稳定的摩擦磨损性能.2.3.2聚丙烯腈复合型浆粕增强无石棉密封板的性能采用1.2节所述配方及工艺制得的聚丙烯腈复合型浆粕增强的无石棉密封橡胶板表面光滑,回弹性好,其性能测试结果及和石棉密封橡胶板指标l_】对比如表3所示.密封板的耐油性能直接影响材料的使用范围,由表3可见,聚丙烯腈复合型浆粕增强的无石棉密封橡胶板的厚度增加率和质量增加率都不大,而且适度的油膨胀有助于密封板的密封性能.橡胶板的拉伸强度较高,达到了11.2MPa,在150的903油浸泡5h仍保持较高的拉伸强度和较低的膨胀率,也说明了该橡胶板具有较好的耐热性.第6期李锦春等:填充聚丙烯腈复合型浆粕的摩擦/密封复合材料表2聚丙烯腈复合浆粕增强摩擦材料的摩擦性能测试结果Table2FrictionpropertiesoffrictionmaterialsreinforcedbyPANcompoundpulps表3聚丙烯腈复合型浆粕增强无石棉密封板的性能Table3Propertiesofnon-asbestosgasketreinforcedbyPANcompoundpulps橡胶密封板的回弹性对于弥补密封界面缺陷,补偿蠕变松弛有着重要作用.由于短切纤维对橡胶基体的形变有一定的约束,同时还抑制基材在压缩下产生的塑性形变,聚丙烯腈复合型浆粕增强的无石棉密封橡胶板的压缩率l1.5,回弹率62.8,具有较低的压缩率和较高的回弹性.可见,复合型浆粕表面高度原纤化的聚丙烯腈浆粕,比表面积大,长度短,在橡胶基体中容易均匀分散,既有利于捕获,截留微粒组分,使密封板均匀,有弹性,也避免了在成型加工过程中短切纤维之间的相互缠结形成缺陷,提高了基体较高的强度,同时使材料结构紧密,材料松弛过程减慢,蠕变速率下降,有效地防止密封垫片发生泄漏.3结论采用特殊加工工艺,使聚丙烯腈浆粕均匀地包覆在聚丙烯腈短切纤维的表面,制备了聚丙烯腈复合型浆粕,研究了聚丙烯腈复合型浆粕在摩擦,密封材料中的应用.基于实验结果与讨论,可得到如下结论.(1)高度原纤化的聚丙烯腈浆粕均匀地包覆在聚丙烯腈短切纤维的表面形成的聚丙烯腈复合型浆粕,既有高效捕获细微粒子的作用,又能提供基体较高的强度.(2)用于摩擦材料中,与树脂基体间的黏合性能优异,材料强度较高,不易剥落,具有较稳定的摩擦磨损性能.(3)用于无石棉密封橡胶板,制得的密封板均匀,有弹性,强度高,耐热,易染色.(4)聚丙烯腈复合型浆粕取代石棉或芳纶浆粕等用于增强复合材料具有优异的综合使用性能和加工性能,具有较高的性价比.References13GuBoqin(顾伯勤).Performancesandapplicationofnonasbestosgaskets.ProcessEquipment&Piping(化工设备与管道),2002,39(1):58E23KaminskiStanleyS,EvansRobertE.Asbestosfreegasketsandthelikecontainingblendsoforganicfibrousandparticulatecomponents:US,5472995E3LiuZhenyun(刘震云),HuangBoyun(黄伯云),SuDi(苏堤),eta1.Relationshipbetweenfibercontentandpropertiesofautomotivefrictionmaterials.Journalof?1602?化工第58卷E43E53631-73Tribology(摩擦学),1999(1):19-22YouXiulan(尤秀兰),PanWanlian(潘婉莲),FuQun(傅群),eta1.Fr/ctionalpropertiesofPPTApulpsreplacementofasbestosrei