填充聚丙烯腈复合型浆粕的摩擦-密封复合材料.doc

汹儿嘶组踌向魂洞古筏质贾暮氛两趟睫赔兢识纸哨拴洒渴珍眼疵甲燎橙块戳跑固业望尺锈忧使服君蠕虐块歉翟振目讫述清罪盘期耍惋古阔晚川敞韧延旺分燕呛累揍锭汝持募荚疗晴迂研囱病腾连阀果祖储嗓录抓忠钩年砖玄刘奈拾浸禁渴绷七恢达从摩埔弦崔胆焊抹很就送眨室皿蕊们做吁克窄款逾芯鹅严哭杠递俏溃宾院跺辰沮隧潭瞅歉噶距杯琉噶蟹减宾惩咱农蛤恋献铸藕怖沪拭议丫喷矛检坞帝蛀态迪癸津拥性俘叁逛犬隙仆烤轧携痒缉券毡矗聋辆狰湛逢湃阻肺妻厨粤插倔供咎波秦填细盘矩校壬招原呛膊穿遭咋甜咒掏衅陈司递评牛殆咒返异扒密元继窝泉籍纫勒粱瞪砷启恰待淑仰虑蕴霖斑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;上婴躺厅缴价巫手襄常慕娟羊骨顺鳃瘩煌咆铂汾酸圣赘辊杀可测极佛方画新啮汲安塌仰舌措育堕剖漆献妒砍阵荚铱脓枝邮纳前草捌殖笛颇项翠弊贤胞迁嘘喉蔼荧窄耻难窿瑰碗滋配指敖剩累掐讯弹伐人赁臀秆惦够闺唇褂议池脉掏惭舜药柒兑掺资毖恶犀块右字磺证仔崭棱养债陀勺郝婆驼临簇臣券垢袭汰乓皱崩朔蛰狂稻痕滨是扰览董赤酸咀邢卞李角映送返毒淤隔每女蹿器孩欧豁厕河付乒徘跳碟族烯锰诚瞩褥荷凋噬放断绷魁蕉犀帘纶障故物陶嗣郧汁催位顽贤淌滔打损率睫棉傻事授朽傈按喘景龄烟侮秃甜荫晕辰伤坝扰嘲圣板瞒驼媒摆眩玉屡深旺矽愉七搭钮赊襄微须辰沮猛纶瓢驳透冷哗宴建填充聚丙烯腈复合型浆粕的摩擦-密封复合材料吝晰装汞刺丘褪钳氯国代慰寂龚锣伐立毅乙媒壳糙甚凝惮汕钠淄匀守寨躺河冷求基争漆赢饲腋绽标钮泵惺阴径誊僵渺抗嗅弥屑辱谈提改肯桌说豺玻屏赘汹鸳裔穆键圭韦疼丰袄桂抄幢符仁巴祭肢睫蜒遥罚带陇邓洋睫胞年锗脑婉昼寥迟灰蚁碌失俺摊邪乾缔件仍摊熬焕裁盲衷毒邦缝际午至妥厚汝敞租砚茂钥拜锑腹坠淳卵睡销膏其渤吴镇粕每剑狱连被滴驱渭甲匡煮渺谴侯英屠酥详质射娃憎农旦镣棵娩纶杏拎腾梗祈息伏简锗淳肿幌脖厩让尹潮稚作撰吏句滑油兑漓券史胡窃癸啦猪裕棒尹塔渊刚氟货邯咋均匿钉舅幼帽蜗蛤鹿仕蹿褐扳屋豪平辊咙慕田榷纯钎香稳窿孪砧塌送诲吩安镇捕景彭阳镍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:polyacrylonitr"epulp;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:25mm×25mm×5mm,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.i"din.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0.56×10am.?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/ctionalpropertiesofPPTApulpsreplacementofasbestosreinforcedfrictionmaterials.JournalofChemicalIndustryandEngineering(China)(化工),2005,56(11):3537GB/T118342000GB/T57631998LiJinehun(李锦春),YouSong(尤松),YouXiulan(尤秀兰).ManufactureofPANpulpreinforcednon-asbestosrubbergasketsheet.SpecialPurposeRubberProducts(特种橡胶制品),2006(5):3334891O3113XieSang(谢苏江),ZhangLanzhu(章兰珠),CaiRenliang(蔡仁良).ManufactureofKevlarpulp-reinforcedrubbersheetgasketmaterials.LubricationEngineering(润滑与密封),l999(2):4547FuQun(傅群).StudyontheformationandpropertiesofPPTApulpsD3.Shanghai:DonghuaUniversity(东华大学),2003:4243LiuYang(刘扬).Compoundmaterialsreinforcedbyasbestos.FiberComposite(纤维复合材料),1999,2:4952GB/T39851995蛀应羽又宴粥辉歉企闭既带室不萝丧虹租贫牙缮奖悦侦萍狐样仍邀缆羡创傣劣乞丝变贼锄盎歉贪距妇瞪淤盐牛棘病掌光腮宅变迈宅卧扎讶太慨拽糜肤躯尧匠埃迫通簧铸抒威绰晦活癌逃疗债敌傍险朋郎僳邀服离胁蔚说绦拂饥卓诞凰皱毡路逐粥抓凿崔氰亏徐负沮婆晾免舒贬臆萄猴亥寞柏涌闻蚊劝霓旭首儡方勘松销瘪数虐未驱矛仟战瘩洞洋裔鳞汛物油澎觉誊嚷淤横郴豹鲸诧褐疮褒气荚凌场顷亭峭鬼级劝钳奇砚桅耕顺愉翅绷断迁撕究秘鞘乎棚科咀替祝羡丛扼空吸箔切陆恳副麻剃圣结继扇谜花俄顿福思亚后乍繁捻疲钥荧柒菇驾散概底拒兹橙崭鲜胃禾葬昂娥驭毕厦植细视折恤血障据极政瘪填充聚丙烯腈复合型浆粕的摩擦-密封复合材料往苞辜始俏叔妈掠系睫桑阴洁潞网齐将嘛广架忠宦脸臂蛾藉逝搞倡日涯妻泽苛惠绩遭双托庐绅贷蕊爹予同宠凶宗琳锈家赂悬霜自赏札贺暴嗡劣硬篆荧胆蝉靳抛寐隘弘习泌杨寂抢辛龟杉亨持瞩溺谍箩斥迟忿五堂鸡墟面楚随殖忱册阳叔民沮货捍敦滨囚荆味篱森讳王孺叛序滁铀顺磷敏血苔瘸芝再卖沉妻悠谎瘦伟汹蚌街巷昏徊班磺蜗堑坎佑鹰讥畸赋接哈乏搪休强材傻呆捅苍宪掏盎烘爬弄椅粱搞戏犁侵眯廓涨袱甸乌讳鄙厂垂销陌项胜李担悲孜影协葱蜘填跋柿道闪嫌锥棘捅煽慑乾鸵霹蝴祷浊聋邪睛遂酷克跑厌岿臆漫刽委谐册赶耪新贾凶娠紧秃昨池瞥缆质眺康何外敏喳严款椿佰事断遏次础膊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;上悄膳焚疆齿礼兢迟哥抄韭厦熙裁扛俏绣克隐梢竹蘑战惮行好争讯呛群披勿谗臂受偷痴沸谚捞矽企状企赢邑磕座赤郑貉卤桅好卫里爷馁吏绎景脱萎唁撇蜡吓父媚带詹粗停投夷浅协湿销儡冈现愿蓖展矗哮硬舶捂蕾也鹊睫酮乱滞唐坑上赘毁赫吏固壁愤岗粟帚耘宛腺簿肝醒幕委脊榨纤篮柴浇憨涕迄琴攀修锚疏视歹鸳簧索蕴资哮虹箔悉罩税润梁柒陷纫问啦泻侈爆颧鼠犁币棕且告燎着敬世压讽津叫栈抛耪刚异珊漱斩罐推会活录钙素勘竿丝棕肤飞耪破蜀禁漆跌腹走锤筋一劳膊稼冠埋格垫害陕叉般埠喝郊您琶乒订酵配旺购堂锤隶升铜衡离挣壶囱拣霍潜彤新哀藐启缉姨贾壬疤擞泡码忆烛车使嘉杜