一種石棉基密封墊片的制作方法

一種石棉基密封墊片的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種石棉基密封墊片。本實用新型的石棉基密封墊片在維持與現有技術的石棉基制品相比基本相當的密封性能、耐溫性能和隔熱性能的同時，顯著減少石棉的用量，并兼具優異的自潤滑性和回彈性能。
【專利說明】一種石棉基密封墊片

【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種石棉基密封墊片，具體而言涉及一種耐高溫密封墊片。
[0002]

【背景技術】
[0003]密封(比如耐高溫密封，尤其是耐高溫靜密封)在化工、流體機械、電力以及熱工水力試驗等領域有著廣泛的需求。為此，國內外的研究人員已經開發出了多種耐高溫密封墊片，其中以石棉基密封墊片的應用最為廣泛。
[0004]石棉基密封墊片是以石棉纖維/橡膠復合板為基材制造的，在制造和使用過程中不可避免地會散發出大量的石棉粉塵。已知的是，石棉粉塵除了會在接觸者中弓I發石棉肺夕卜，還易誘發肺癌和惡性間皮瘤等惡性腫瘤。因此，由于其嚴重的人身危害性和環境危害性，近年來世界各國禁用石棉的呼聲日益高漲。目前，發達國家已禁止生產和限制使用石棉。但是，鑒于其顯著突出因而難能可貴的密封性、耐溫性能和隔熱性能，在很多應用領域，尤其是環境較為惡劣的應用領域，石棉基密封墊片依然是其他密封墊片所無法替代的。
[0005]另外，在某些應用領域，例如在熱工水力試驗中，除了要求密封性、耐溫性能和隔熱性能之外，還希望密封墊片表現出適當的自潤滑性和回彈性能，以充分適應待密封面的熱應力或壓緊力變化。但是，現有的石棉基密封墊片并不具備這些性能。
[0006]其他石棉基制品也存在類似的問題。
[0007]因此，目前的現狀是，仍舊需要一種石棉基層合體，在維持與現有技術的石棉基制品(比如石棉基密封墊片)相比基本相當的密封性、耐溫性能和隔熱性能的同時，可以顯著減少石棉的用量，并兼具優異的自潤滑性和回彈性能。
[0008]實用新型內容
[0009]本實用新型人在現有技術的基礎上經過刻苦的研究發現，通過按照特定的方式以石墨粉末來替代現有技術石棉基制品中的一部分石棉(纖維)，就可以解決前述問題，并由此完成了本實用新型。
[0010]具體而言，本實用新型涉及以下方面的內容。
[0011]1.一種石棉基層合體,其特征在于,包括石棉纖維-碳纖維復合層和位于所述石棉纖維-碳纖維復合層一側或兩側上的石墨粉末層。
[0012]2.按照前述方面任一項所述的石棉基層合體，其中在所述石棉纖維-碳纖維復合層和所述石墨粉末層之間還包括金屬齒板或金屬網板。
[0013]3.按照前述方面任一項所述的石棉基層合體，其中在所述石墨粉末層上還進一步存在η個含碳纖維層和η個附加的石墨粉末層，其中η為I至100之間的任意整數，所述的η個含碳纖維層和η個附加的石墨粉末層以交替方式存在，并且所述含碳纖維層選自碳纖維層、石棉纖維-碳纖維復合層、或者至少一個所述碳纖維層與至少一個所述石棉纖維-碳纖維復合層的層合體。
[0014]4.按照前述方面任一項所述的石棉基層合體，其中η為I至10之間的任意整數。
[0015]5.按照前述方面任一項所述的石棉基層合體，其中所述石墨粉末是膨脹石墨粉末。
[0016]6.按照前述方面任一項所述的石棉基層合體，其中所述石棉纖維-碳纖維復合層是石棉纖維與碳纖維的混合層、至少一個石棉纖維層與至少一個碳纖維層的層合體、或者至少一個所述混合層與至少一個所述層合體的層合體。
[0017]7.按照前述方面任一項所述的石棉基層合體，其中每個所述石棉纖維層的厚度為0.3-10mm,每個所述碳纖維層的厚度為0.每個所述石墨粉末層的厚度為0.2_2mm,并且每個所述混合層的厚度為0.3-10mm。
[0018]8.按照前述方面任一項所述的石棉基層合體，其中每個所述金屬齒板或金屬網板的厚度為0.2-2mm。
[0019]9.按照前述方面任一項所述的石棉基層合體，其中每個所述金屬齒板或金屬網板的厚度為0.3-0.5mm。
[0020]10.按照前述方面任一項所述的石棉基層合體，其中每個所述石棉纖維層的厚度為l-5mm,每個所述碳纖維層的厚度為0.3-0.5mm,每個所述石墨粉末層的厚度為0.5-lmm,并且每個所述混合層的厚度為l_5mm。
[0021]技術效果
[0022]根據本實用新型的石棉基層合體，在使用性能(比如密封性、耐溫性能和隔熱性能等)上可以媲美現有技術的石棉基制品(比如石棉基密封墊片)，同時石棉的用量顯著減少，比如可以減少至少50wt%、至少66wt%、至少80wt%或甚至更多的石棉用量。因此，該石棉基層合體在制造和使用過程中石棉粉塵的散發量均非常小，順應當今目益嚴格的環保/勞保要求。
[0023]根據本實用新型的石棉基層合體，表現出優異的自潤滑性和回彈性能，能夠承受待密封面上較大的熱應力/壓緊力變化。
[0024]根據本實用新型的石棉基層合體，具有適當的機械強度和機加工性能，可以針對特定用途靈活地機加工或成型為各種異型形狀(非平面形狀)。
[0025]根據本實用新型的石棉基層合體，通過使用碳纖維作為相容劑，改善了石棉(纖維)與石墨粉末的親和力，與不使用碳纖維的情況相比，抗起皮性和機械強度顯著改善。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1示意性地圖示了本實用新型石棉基密封墊片的一種結構。
[0027]圖2示意性地圖示了本實用新型石棉基密封墊片的另一種結構。
[0028]圖3示意性地圖示了本實用新型石棉基密封墊片的再一種結構。

【具體實施方式】
[0029]下面對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細說明，但是需要指出的是，本實用新型的保護范圍并不受這些【具體實施方式】的限制，而是由附錄的權利要求書來確定。
[0030]本說明書提到的所有出版物、專利申請、專利和其它參考文獻全都引于此供參考。除非另有定義，本說明書所用的所有技術和科學術語都具有本領域技術人員常規理解的含義。在有沖突的情況下，以本說明書的定義為準。
[0031]當本說明書以詞頭“本領域技術人員公知”、“現有技術”或其類似用語來導出材料、物質、方法、步驟、裝置或部件等時，該詞頭導出的對象涵蓋本申請提出時本領域常規使用的那些，但也包括目前還不常用，卻將變成本領域公認為適用于類似目的的那些。
[0032]在本說明書的上下文中，除了明確說明的內容之外，未提到的任何事宜或事項均直接適用本領域已知的那些而無需進行任何改變。而且，本文描述的任何實施方式均可以與本文描述的一種或多種其他實施方式自由結合，由此而形成的技術方案或技術思想均視為本實用新型原始公開或原始記載的一部分，而不應被視為是本文未曾披露或預期過的新內容，除非本領域技術人員認為該結合是明顯不合理的。
[0033]在沒有明確指明的情況下，本說明書內所提到的所有百分數(％)、份數、比率等都是以重量為基準的，除非以重量為基準時不符合本領域技術人員的常規認識。
[0034]根據本實用新型的第一實施方式，涉及一種石棉基層合體。
[0035]根據本實用新型，該石棉基層合體的縱剖面具有層狀結構，并且至少包括石棉纖維-碳纖維復合層和位于所述石棉纖維-碳纖維復合層一側或兩側上的石墨粉末層(以下有時稱為“主石墨粉末層”，以與下文所述的“附加的石墨粉末層”相區別)。為此，本實用新型的石棉基層合體至少包括一個所述石棉纖維-碳纖維復合層和一個或兩個所述主石墨粉末層。從進一步改善其自潤滑性和回彈性能的角度優選的是，所述石棉基層合體至少包括一個所述石棉纖維-碳纖維復合層和兩個所述主石墨粉末層，其中這兩個主石墨粉末層分別處于所述石棉纖維-碳纖維復合層的兩側。此時，所述石棉基層合體(縱剖面)呈現為以所述石棉纖維-碳纖維復合層為中心層，以所述主石墨粉末層為(最)外層的三明治結構。
[0036]根據本實用新型，所述石棉基層合體比如可以通過如下方法進行制造，該制造方法包括向所述石棉纖維-碳纖維復合層的一側或兩側上層合所述主石墨粉末層的步驟。
[0037]根據本實用新型一個特別的實施方式，根據需要，在所述石棉纖維-碳纖維復合層與所述主石墨粉末層之間還可以包括金屬齒板或金屬網板，由此增強兩層之間的結合力，同時增加整個石棉基層合體的機械強度。為此，本實用新型的前述制造方法任選還包括在所述石棉纖維-碳纖維復合層和所述石墨粉末層之間引入金屬齒板或金屬網板的步驟，以便使得所述金屬齒板或金屬網板處于所述石棉纖維-碳纖維復合層與所述主石墨粉末層之間。
[0038]根據本實用新型，作為所述金屬齒板或金屬網板的引入方式，比如可以先在所述石棉纖維-碳纖維復合層的一側或兩側上設置或層合所述金屬齒板或金屬網板，然后再在所述金屬齒板或金屬網板上設置或層合所述主石墨粉末層；或者，也可以先將所述金屬齒板或金屬網板與所述主石墨粉末層層合在一起，然后再將如此獲得的復合體層合至所述石棉纖維-碳纖維復合層的一側或兩側上，并沒有特別的限定。
[0039]根據本實用新型，當所述主石墨粉末層如前所述存在兩個時，可以僅在所述石棉纖維-碳纖維復合層與其中一個所述主石墨粉末層之間引入所述金屬齒板或金屬網板(即，一個金屬齒板或金屬網板)，也可以在所述石棉纖維-碳纖維復合層與兩個所述主石墨粉末層中的每一個之間均引入所述金屬齒板或金屬網板(即，兩個金屬齒板或金屬網板)，并沒有特別的限定。
[0040]根據本實用新型，對此時所使用的金屬齒板或金屬網板沒有特別的限定，可以直接使用現有技術在制造密封墊片時為此目的而常規使用的那些。根據本實用新型，對所述金屬齒板或金屬網板的形狀或厚度等也沒有特別的限定，比如其厚度一般可以設定為0.2-2_，優選0.3-0.5_，但有時并不限于此，而是根據目標石棉基層合體的總厚度具體選擇或設定。
[0041]根據本實用新型一個特別的實施方式，在所述主石墨粉末層上(顯然指的是外偵U還可以進一步設置或層合η個含碳纖維層和η個附加的石墨粉末層。此時，所述的η個含碳纖維層和η個附加的石墨粉末層必須以交替方式存在或層合于該外側。鑒于這種特定的存在或層合方式，在所述主石墨粉末層的同一側，這些含碳纖維層和附加的石墨粉末層總是成對(數目相等，即各為η個)出現。另外，從提高結構效率的角度顯然優選的是，在第一個附加的石墨粉末層與所述主石墨粉末層之間夾著第一個含碳纖維層。
[0042]根據本實用新型優選的是，第一個含碳纖維層與主石墨粉末層直接接觸。
[0043]根據本實用新型，術語“附加的石墨粉末層”與術語“主石墨粉末層”相比僅僅是文字表述上的區別，在技術含義上沒有差別，二者各自獨立地適用下文規定，并且在本文中有時也統稱為石墨粉末層而不加以區分。
[0044]根據本實用新型，作為所述石墨粉末層的石墨粉末，優選膨脹石墨粉末。作為所述膨脹石墨粉末，比如可以直接使用現有技術在制造石墨密封墊片時作為原材料常規使用的那些，并沒有特別的限定，比如可以舉出青島南墅宏達石墨制品有限公司生產的HD32。作為所述石墨粉末的粒度，比如可以舉出10目-500目，優選10-50目，但有時并不限于此。
[0045]根據本實用新型，對所述石墨粉末層的厚度沒有特別的限定，可以根據實際情況或者目標石棉基層合體的總體厚度進行具體設定。比如，該石墨粉末層的厚度一般可以設定為0.2-2mm,優選0.但有時并不限于此。另外，當所述石棉基層合體總體上包含兩個或更多個石墨粉末層時，每一個石墨粉末層的厚度也可以照此設定，但有時并不限于此，而是根據目標石棉基層合體的總厚度或總體層數具體設定。
[0046]根據本實用新型，η為I至100之間的任意整數，優選I至10之間的任意整數，比如1、2、3、4或5等。
[0047]根據本實用新型，當所述主石墨粉末層如前文所述存在兩個時，可以僅在其中一個主石墨粉末層的外側設置或層合η個所述含碳纖維層和η個所述附加的石墨粉末層，也可以在兩個所述主石墨粉末層中每一個的外側均設置或層合η個所述含碳纖維層和η個所述附加的石墨粉末層。在后一種情況下，具體而言，在一個所述主石墨粉末層的外側設置或層合η個所述含碳纖維層和η個所述附加的石墨粉末層，在另一個所述主石墨粉末層的外側設置或層合n'個所述含碳纖維層和n'個所述附加的石墨粉末層。此時，η與n'可以彼此相同，也可以彼此不同，各自獨立地滿足本文針對η的前述定義。
[0048]根據本實用新型，所述含碳纖維層選自碳纖維層、石棉纖維-碳纖維復合層或者一個或多個(比如2、3、4或5個等)所述碳纖維層與相同數目的所述石棉纖維-碳纖維復合層的(交替)層合體(稱為層合體Α)，其中優選碳纖維層。
[0049]根據本實用新型，作為所述石棉纖維-碳纖維復合層，比如可以舉出石棉纖維與碳纖維的混合層(也稱為石碳混合層)、m個(m比如為1、2、3、4或5等整數，優選I或2，更優選I)石棉纖維層與m個或m+1個(優選m+1個)碳纖維層的(交替)層合體(也稱為石碳層合體)、或者一個或多個(比如2、3、4或5個等)所述石碳混合層與相同數目的所述石碳層合體的(交替)層合體(稱為層合體B)，其中優選石碳混合層或者石碳層合體，更優選石碳層合體。
[0050]根據本實用新型，對各層(比如碳纖維層或石棉纖維-碳纖維復合層等)所使用的碳纖維沒有特別的限定，可以直接使用制造碳纖維布或碳纖維預浸料時常規使用的那些，比如可以舉出日本東麗公司制造的T400通用碳纖維。作為所述碳纖維的長度，比如可以舉出3-50mm，優選10_30mm，但有時并不限于此。
[0051]根據本實用新型，對各層(比如石棉纖維-碳纖維復合層或石棉纖維層等)所使用的石棉纖維沒有特別的限定，比如可以直接使用本領域在制造石棉纖維/橡膠復合板時常規使用的那些。根據本實用新型，對所述石碳混合層中所述石棉纖維與所述碳纖維的比例沒有特別的限定，比如按照重量計，所述石棉纖維與所述碳纖維的比例可以是100: 50-100: 1，優選100: 10-100: 1，但有時并不限于此。
[0052]根據本實用新型，所述石碳混合層可以是預先成型的層(稱為預成型體)。此時，對該石碳混合層的制造方法沒有特別的限定，比如可以舉出按照預定用量比例混合所述石棉纖維與所述碳纖維，然后將所獲得的石碳混合物成型為層狀的方法。根據需要，為了提高纖維的凝聚力并便于成型，混合時可以使用粘合劑。作為使用粘合劑的制造方法，比如可以舉出在混合所述石棉纖維與所述碳纖維之前和/或在其混合過程中添加粘合劑的方法，更具體比如是使所述石棉纖維和所述碳纖維預先分別與粘合劑混合，然后再將所獲得的這些預混合物進一步混合在一起而獲得石碳混合物，然后將該石碳混合物成型為層狀的方法，也可以是將所述石棉纖維、所述碳纖維和粘合劑直接混合在一起而獲得石碳混合物，然后將該石碳混合物成型為層狀的方法。此時，所述石碳混合層至少包含石棉纖維、碳纖維和粘合劑。
[0053]根據本實用新型，所述碳纖維層可以是預先成型的層(稱為預成型體)。此時，對該碳纖維層的制造方法沒有特別的限定，比如可以舉出將碳纖維直接成型為層狀的方法。根據需要，為了提高纖維的凝聚力并便于成型，可以使用粘合劑。作為使用粘合劑的制造方法，比如可以舉出將所述碳纖維和粘合劑直接混合在一起，然后將所獲得的混合物成型為層狀的方法。此時，所述碳纖維層至少包含碳纖維和粘合劑。或者，更為方便地，作為所述碳纖維層(預成型體)，還可以直接使用市售的碳纖維布或碳纖維預浸料，只要其厚度滿足本實用新型的規定即可。作為所述碳纖維布，比如可以舉出日本東麗公司制造的T400HB-6000-40D。
[0054]根據本實用新型，所述石棉纖維層可以是預先成型的層(稱為預成型體)。此時，對該石棉纖維層的制造方法沒有特別的限定，比如可以舉出將石棉纖維直接成型為層狀的方法。根據需要，為了提高纖維的凝聚力并便于成型，可以使用粘合劑。作為使用粘合劑的制造方法，比如可以舉出將所述石棉纖維和粘合劑直接混合在一起，然后將所獲得的混合物成型為層狀的方法。此時，所述石棉纖維層至少包含石棉纖維和粘合劑。或者，更為方便地，作為所述石棉纖維層(預成型體)，還可以直接使用市售的石棉纖維/橡膠復合板，只要其厚度滿足本實用新型的規定即可。作為所述石棉纖維/橡膠復合板，比如可以舉出河北亨達密封材料有限公司生產的XB450。
[0055]根據本實用新型，所述石墨粉末層(包括主石墨粉末層和附加的石墨粉末層)可以是預先成型的層(稱為預成型體)。此時，對該石墨粉末層的制造方法沒有特別的限定，比如可以舉出將石墨粉末直接成型為層狀的方法。根據需要，為了提高石墨粉末的凝聚力并便于成型，可以使用粘合劑。作為使用粘合劑的制造方法，比如可以舉出將所述石墨粉末和粘合劑直接混合在一起，然后將所獲得的混合物成型為層狀的方法。此時，所述石墨粉末層至少包含石墨粉末和粘合劑。
[0056]根據本實用新型，所述石棉纖維-碳纖維復合層、所述石碳層合體、所述層合體A和所述層合體B也可以是預先成型的層(稱為預成型體)。作為這些預成型體的制造方法，比如可以舉出將構成其的各層(或各層的預成型體)相應(交替)層合在一起的方法。
[0057]根據本實用新型，對前文提到的各“成型”或其類似操作所采用的方法均沒有特別的限定，只要是可以將待成型物(比如前述的石墨粉末或石碳混合物等)成型為層狀的任何方法均可以采用。作為所述成型方法，具體比如可以舉出壓制成型(模壓成型)法、涂布成型法、流延成型法等，其中優選壓制成型法，尤其是高溫壓制成型法。這些成型方法可以按照常規已知的任何方式進行，沒有特別的限定。在使用粘合劑時，在該成型結束的時刻，所述粘合劑可以處于完全固化狀態，也可以處于未固化狀態，還可以處于部分固化狀態，其中從改善各層之間的粘結力的角度而言，優選處于未固化狀態或部分固化狀態。如果需要，還可以對該成型結束后獲得的層施以后固化操作，以使任何所使用的粘合劑完全固化或者至少部分固化。技術人員可以基于所使用的粘合劑的具體種類來適當設定該后固化操作的條件，這些都是已知技術，在此省略其說明。
[0058]根據本實用新型，對前文提到的各“混合”或其類似操作所采用的方法沒有特別的限定，只要是可以將待混合的兩種或多種組分(比如石棉纖維與粘合劑，或者石棉纖維、碳纖維與粘合劑)均勻混合在一起而獲得均質混合物的任何方法均可以使用。作為所述混合方法，具體比如可以舉出機械(高速)攪拌法、混煉法、捏合法、摻混法等。這些混合方法可以按照常規已知的任何方式進行，沒有特別的限定。在使用粘合劑時，為了便于后續成型操作的進行，在該混合結束的時刻，所述粘合劑一般處于未固化狀態或部分固化狀態，這對于技術人員而言是顯然的。
[0059]根據本實用新型，從簡化操作步驟的角度而言或者根據需要，所述石碳混合層、所述碳纖維層、所述石棉纖維層和/或所述石墨粉末層也可以不預先成型為層狀(即，不采用其預成型體的形式)，而是在層合的同時成型為層狀或者通過該層合而成型為層狀。這些技術都是已知的。舉例而言，在層合石棉纖維-碳纖維復合層與主石墨粉末層時，可以將石棉纖維-碳纖維復合層的預成型體與主石墨粉末層的預成型體層合在一起，或者也可以在石棉纖維-碳纖維復合層或其預成型體上直接成層狀地涂布或者鋪撒預定用量的石墨粉末或石墨粉末與粘合劑的混合物(即，制造主石墨粉末層的預成型體時所使用的原材料)，然后將兩個層層合在一起。
[0060]根據本實用新型，對前文提到的各“層合”或其類似操作所采用的方法或者制造各(交替)層合體或其預成型體時所涉及的各層合方法沒有特別的限定，只要是可以使待層合的兩個或多個層(比如石棉纖維-碳纖維復合層與主石墨粉末層、主石墨粉末層與(第一個)含碳纖維層、含碳纖維層與附加的石墨粉末層、碳纖維層與石棉纖維-碳纖維復合層、石棉纖維層與碳纖維層、石碳混合層與石碳層合體等等，包括其各自的預成型體)相互結合為一個整體(層)的任何方法均可以采用。作為所述層合方法，比如可以舉出使這些層(包括其預成型體)在壓力和/或粘合劑的作用下結合在一起的方法，更具體比如可以舉出(機械)壓制法、粘合劑粘結法或者二者的組合，其中優選壓制法或者粘合劑粘結法與壓制法組合的方法。這些方法是技術人員熟知的，在此省略其說明。比如，進行所述壓制時，壓制壓力一般設定為0.2-10MPa，優選3-5MPa，保持時間一般設定為l_60min，優選5_30min，更優選10-15min，但有時也并不限于此。如果層合時使用了粘合劑，在該層合結束的時刻或者在該層合進行的過程中，所采用的層合條件(比如溫度)可以使得所述粘合劑達到完全固化狀態、保持未固化狀態或者達到部分固化狀態，并沒有特別的限定。另外，根據需要，還可以在該層合結束后進行后固化操作，以使層合時可能使用的任何粘合劑(比如用于粘結各層的粘合劑)和/或各層中可能含有的任何粘合劑完全固化。技術人員可以基于所使用的粘合劑的具體種類來適當設定該后固化操作的條件，這些都是已知技術，在此省略其說明。
[0061]根據本實用新型，對前文提到的任何粘合劑的種類及其用量(比如相對于各纖維的用量或者層合時的用量等)均沒有特別的限定，只要該粘合劑可以發揮其預定的粘結功能即可。技術人員可以從相關領域(比如在制造石棉纖維/橡膠復合板、石墨密封墊片、碳纖維預浸料或者碳纖維布等時)常規使用的那些粘合劑中任意選擇。顯然的是，在所述石棉基層合體擬用于高溫用途時，希望所述粘合劑也表現出耐高溫性能，比如可以耐受200-55(TC或者甚至更高的溫度。具體而言，作為所述粘合劑，比如可以舉出熱固性橡膠粘合劑、熱固性環氧樹脂粘合劑、熱固性酚醛樹脂粘合劑、無機粘合劑等。作為所述熱固性橡膠粘合劑，比如可以舉出丁苯橡膠粘合劑、丁腈橡膠粘合劑、天然橡膠粘合劑、三元乙丙橡膠粘合劑等。作為所述熱固性環氧樹脂粘合劑，比如可以舉出雙酚S型環氧樹脂、酚醛環氧樹脂、縮水甘油型多官能環氧樹脂、脂環族環氧樹脂等。作為所述熱固性酚醛樹脂粘合劑，比如可以舉出酚醛樹脂、硼酚醛樹脂等。作為所述無機粘合劑，比如可以舉出金屬氧化物粘合劑、金屬氫氧化物粘合劑、硅酸鹽粘合劑等。根據需要，所述粘合劑中作為輔助組分也可以含有添加劑。作為所述添加劑，比如可以舉出稀釋溶劑、固化劑(硫化劑)、固化促進劑、防老劑、補強劑、填充劑、阻燃劑等等。這些添加劑的具體種類和用量等對于相應種類的粘合劑而言屬于常規知識，在此不再贅述。
[0062]根據本實用新型，舉例而言，所述石碳混合層或者所述石棉纖維層一般優選使用前述的熱固性橡膠粘合劑作為粘合劑。此時，所述粘合劑相對于石棉纖維或者石棉纖維與碳纖維的總重量而言的用量按重量比計一般為1: 100-50: 100，優選1: 100-10: 100，但有時并不限于此。或者，所述碳纖維層一般優選使用前述的熱固性環氧樹脂粘合劑或熱固性酚醛樹脂粘合劑作為粘合劑。此時，所述粘合劑相對于碳纖維而言的用量按重量比計一般為1: 100-50: 100，優選1: 100-10: 100，但有時并不限于此。或者，所述石墨粉末層一般優選使用前述的無機粘合劑作為粘合劑。此時，所述粘合劑相對于石墨粉末而言的用量按重量比計一般為1: 100-50: 100，優選1: 100-10: 100，但有時并不限于此。另外，如果需要的話，進行前文所述的任何層合或其類似操作時一般優選使用前述的熱固性環氧樹脂粘合劑或熱固性酚醛樹脂粘合劑作為粘合劑，并且可以參照這類粘合劑作為界面粘合劑時的常規用量使用。但是，本實用新型顯然并不限于此，技術人員可以根據實際需要進行具體選擇。
[0063]根據本實用新型，對所述石棉纖維層(包括其預成型體)的厚度沒有特別的限定，但一般設定為0.3-10_，優選1-5_，但有時并不限于此，而是根據目標石棉基層合體的總厚度或者總體層數具體設定。
[0064]根據本實用新型，對所述碳纖維層(包括其預成型體)的厚度沒有特別的限定，但一般設定為0.2-1_，優選0.3-0.5_，但有時并不限于此，而是根據目標石棉基層合體的總厚度或者總體層數具體設定。
[0065]根據本實用新型，對所述石碳混合層(包括其預成型體)的厚度沒有特別的限定，但一般設定為0.3-10_，優選1-5_，但有時并不限于此，而是根據目標石棉基層合體的總厚度或者總體層數具體設定。
[0066]根據本實用新型，對所述石棉基層合體的厚度(總厚度)沒有特別的限定，一般設定為1-12_，優選2-6_，但有時并不限于此，而是根據實際需要具體設定。當所述石棉基層合體為異型形狀時，所述“厚度” 一般指的是該異型形狀中主要平面的厚度，或者本領域技術人員常規理解的厚度。
[0067]根據本實用新型的石棉基層合體，取決于其具體的形狀(比如平面或異型形狀)或放置方式，具有上下、內外或前后兩個最外層。從最大限度發揮石墨粉末層的諸多優點的角度考慮，該石棉基層合體優選以石墨粉末層(根據其具體的層結構，可能是主石墨粉末層，也可能是附加的石墨粉末層)為最外層，其中更優選兩個最外層均為石墨粉末層。當然，為了貯存或運輸方便，這些最外層上還可以附加各種保護層，比如塑料膜、剝離層、不干膠層等。這些保護層可以在該石棉基層合體即將使用之前容易地剝離。另外，基于同樣的角度考慮，如果所述石棉基層合體在制造后并不以石墨粉末層為(一個或兩個)最外層，也可以通過剝離最外層的方式而暴露出該石墨粉末層。
[0068]根據本實用新型所獲得的石棉基層合體，在參照國家標準GB / T3985-2008進行測量時，氮氣泄漏率(表征其密封性能)低于500ml / (h.mm)，耐熱耐壓性(表征其耐溫性能)達到XB510級別，因此能夠完全媲美現有技術的石棉基制品(比如相同厚度的石棉基密封墊片)。該石棉基層合體在參照國家標準GB / T20671.10-2006測量時，其導熱系數(表征其隔熱性能)與相同厚度的現有技術石棉基密封墊片相比大致相當或略有提高，比如一般在1.0至1.3倍左右，但仍屬于較低的數值，因此其隔熱性能同比并沒有顯著降低。而且，隨著本實用新型石棉基層合體中含石棉層(指的是石碳混合層或石棉纖維層)在整個石棉基層合體的層結構中的相對厚度降低(比如被相應厚度的碳纖維層或石墨粉末層等替代)，與該石棉基層合體僅由該含石棉層制成的假定情況相比，石棉用量即相應減少。舉例而言，在該含石棉層的厚度(或多個的總厚度)占石棉基層合體總體厚度的一半時，即相應減少了一半(50wt%)的石棉用量，在該含石棉層的厚度(或多個的總厚度)占石棉基層合體總體厚度的三分之一時，即相應減少了三分之二(約67wt%)的石棉用量，在該含石棉層的厚度(或多個的總厚度)占石棉基層合體總體厚度的五分之一時，即相應減少了五分之四(80wt%)的石棉用量。另外，根據本實用新型的石棉基層合體，所述含石棉層總是被碳纖維層或石墨粉末層所整體(從兩側)包覆，由此顯著抑制了該含石棉層中的石棉(粉塵)向外界環境的暴露或散發。結果是，本實用新型的石棉基層合體在制造和使用過程中石棉粉塵的散發量均非常小，完全順應了當今日益嚴格的環保/勞保要求。
[0069]根據本實用新型的石棉基層合體，在以石墨粉末層作為(一個或兩個)最外層與待密封面接觸時，可以充分發揮石墨粉末(尤其是膨脹石墨粉末)本身所具有的優異的自潤滑性和回彈性能，由此能夠承受該待密封面上較大的熱應力/壓緊力變化。一般而言，在參照國家標準GB / T3985-2008進行測量時，該石棉基層合體的壓縮率可達20%以上，回彈率可達55%以上。
[0070]根據本實用新型的石棉基層合體，通過使用碳纖維作為相容劑，增加了石棉(纖維)與石墨粉末的親和力，與不使用碳纖維的情況相比，抗起皮性和機械強度(比如參照國家標準GB / T3985-2008測量的橫向拉伸強度)顯著改善。
[0071]根據本實用新型，所述抗起皮性按照如下方法進行測量。
[0072]從所制造的石棉基層合體(任意厚度)上切取50mmX 50mm的試樣,將試樣平放在潔凈的玻璃板上。然后，將試樣連同玻璃板一起，放入溫度調節為450±2°C的恒溫烘箱中，加熱0.5h后，從玻璃板上取下試樣，立即目測觀察試樣的上下兩個表面和玻璃板的表面。如果試樣某一表面的石墨粉末層出現剝離、脫落、碎裂、破損或龜裂等異常，或者玻璃板的表面上有石墨粉末遺留或散落，即判定該石棉基層合體的抗起皮性為不合格；沒有觀察到這些現象，即判定該石棉基層合體的抗起皮性為合格。
[0073]本實用新型的石棉基層合體可以作為密封墊片使用，尤其是可以作為耐高溫(靜)密封墊片使用。
[0074]在使用本實用新型的石棉基層合體時，使該石棉基層合體與待密封面接觸。
[0075]根據本實用新型，為了最大限度地發揮本實用新型石棉基層合體的優點，優選使所述待密封面與所述石棉基層合體的石墨粉末層直接接觸。此時，如前所述，所述石墨粉末層可以是該石棉基層合體制造后即具有的最外層，也可以是通過剝離其他最外層等方式暴露出的，或者二者兼有。
[0076]根據本實用新型，所述待密封面可以是一個，也可以是多個(比如兩個)，并且(同時)與本實用新型的石棉基層合體(顯然是最外層)直接接觸。最優選的是，這些待密封面均與本實用新型石棉基層合體的石墨粉末層直接接觸。此時，如前所述，這些石墨粉末層可以是該石棉基層合體制造后即具有的最外層，也可以是通過剝離其他最外層等方式暴露出的，或者二者兼有。
[0077]根據本實用新型，通過使用所述石棉基層合體作為密封墊片，在表現出與現有技術的石棉基密封墊片相比相當的密封性能、耐溫性能和隔熱性能的同時，顯著減少了石棉粉塵的散發量，并且能夠承受待密封面上較大的熱應力/壓緊力變化。
[0078]以下結合附圖對本實用新型進行進一步的說明。這些附圖以密封墊片作為本實用新型石棉基層合體的具體實例，但本實用新型顯然并不限于此。
[0079]根據圖1，該密封墊片呈平面形狀，其縱剖面為矩形，并且包括I個石棉纖維層3，在該石棉纖維層3上側表面依次交替層合的2個碳纖維層2和2個石墨粉末層1，以及在該石棉纖維層3下側表面依次交替層合的2個碳纖維層2和2個石墨粉末層I。在使用時，該密封墊片的(最)上下表面均與待密封面直接接觸。根據該圖1，碳纖維層2和石墨粉末層I交替排布，各層之間比如通過粘合劑或壓制壓力而結合。圖1中，所述石棉纖維層3位于最內層，所述石墨粉末層I位于最外層。
[0080]根據圖2，是圖1密封墊片的變形例。該密封墊片為異型形狀，其縱剖面為L型。
[0081]根據圖3，該密封墊片呈平面形狀，其縱剖面為矩形，并且包括I個石碳混合層3，在該石碳混合層3上側表面依次層合的I層金屬齒板2和I個石墨粉末層1，以及在該石碳混合層3下側表面依次層合的I層金屬齒板2和I個石墨粉末層I。在使用時，該密封墊片的(最)上下表面均與待密封面直接接觸。此時，所述石碳混合層3位于最內層，所述石墨粉末層I位于最外層。
[0082]實施例
[0083]以下采用實施例進一步詳細地說明本實用新型，但本實用新型并不限于這些實施例。
[0084]實施例和比較例中的性能參數按照以下方法測量。
[0085]【氮氣泄漏率】
[0086]實施例或比較例制造的石棉基層合體的氮氣泄漏率參照國家標準GB /T3985-2008 測量。
[0087]【耐熱耐壓性】
[0088]實施例或比較例制造的石棉基層合體的耐熱耐壓性參照國家標準GB /T3985-2008 測量。
[0089]【壓縮率】
[0090]實施例或比較例制造的石棉基層合體的壓縮率參照國家標準GB / T3985-2008測量。
[0091]【回彈率】
[0092]實施例或比較例制造的石棉基層合體的回彈率參照國家標準GB / T3985-2008測量。
[0093]【橫向拉伸強度】
[0094]實施例或比較例制造的石棉基層合體的橫向拉伸強度參照國家標準GB /T3985-2008 測量。
[0095]【導熱系數】
[0096]實施例或比較例制造的石棉基層合體的導熱系數參照國家標準GB /T20671.10-2006 測量。
[0097]【抗起皮性】
[0098]實施例或比較例制造的石棉基層合體的抗起皮性按照以下方法進行測量。
[0099]從實施例或比較例制造的石棉基層合體上切取50mmX50mm的試樣,將試樣平放在潔凈的玻璃板上。然后，將試樣連同玻璃板一起，放入溫度調節為450±2°C的恒溫烘箱中，加熱0.5h后，從玻璃板上取下試樣，立即目測觀察試樣的上下兩個表面和玻璃板的表面。如果試樣某一表面的石墨粉末層出現剝離、脫落、碎裂、破損或龜裂等異常，或者玻璃板的表面上有石墨粉末遺留或散落，即判定該石棉基層合體的抗起皮性為不合格；沒有觀察到這些現象，即判定該石棉基層合體的抗起皮性為合格。
[0100]實施例1
[0101]按照以下步驟制造圖2所示結構的石棉基密封墊片。
[0102]I)采用剪板機剪取適當寬度的石棉纖維/橡膠復合板(1.0mm厚，河北亨達密封材料有限公司生產的XB450)，裁剪相同寬度的碳纖維布(0.3mm厚，日本東麗T400HB-6000-40D)，各坯料總寬大于L型截面長度；
[0103]2)采用折邊機按照圖2所示對石棉纖維/橡膠復合板進行折邊，壓制定位溝；
[0104]3)將耐高溫粘合劑(THC-400型耐高溫酚醛樹脂粘合劑)分別均勻涂刷于石棉纖維/橡膠復合板的上表面及碳纖維布的一個表面；
[0105]4)對齊并貼合石棉纖維/橡膠復合板與碳纖維布，使其各自的涂粘合劑表面相對，并采用折邊機將二者壓制在一起，形成第I碳纖維層；
[0106]5)將所獲得的層合體放入熱壓成型機，在加熱溫度120°C、壓力5MPa和成型時間1min的條件下,使該層合體高溫固化；
[0107]6)使膨脹石墨粉末(青島南墅宏達石墨制品有限公司生產的HD32)與硅酸鹽無機粘合劑(湖南省機械研究所生產的WJZ101，其用量占膨脹石墨粉末的3wt% )均勻混合，呈層狀地均勻平攤至第I碳纖維層的表面；
[0108]7)采用折邊機壓制該石墨粉末層,壓力為2MPa,形成厚度為0.5mm的第I石墨粉末層;
[0109]8)將耐高溫粘合劑(THC-400型耐高溫酚醛樹脂粘合劑)分別均勻涂刷于石墨粉末層的上表面以及按照步驟I)另外準備的碳纖維布的一個表面；
[0110]9)對齊并貼合石墨粉末層與碳纖維布，使其各自的涂粘合劑表面相對，并采用折邊機將二者壓制在一起，形成第2碳纖維層；
[0111]10)將所獲得的層合體放入熱壓成型機，在加熱溫度120°C、壓力5MPa和成型時間1min的條件下,使該層合體高溫固化；
[0112]11)使膨脹石墨粉末(青島南墅宏達石墨制品有限公司生產的HD32)與硅酸鹽無機粘合劑(湖南省機械研究所生產的WJZ101，其用量占膨脹石墨粉末的3wt% )均勻混合，呈層狀地均勻平攤至第2碳纖維層的表面；
[0113]12)采用折邊機壓制該石墨粉末層,壓力為2MPa,形成厚度為0.5mm的第2石墨粉末層;
[0114]13)重復步驟3)至步驟12)的操作，在石棉纖維/橡膠復合板的下表面依次交替層合兩個碳纖維層和兩個石墨粉末層，獲得密封墊片坯料；
[0115]14)采用液壓機壓制該密封墊片坯料，首先在壓力5MPa下保持20min，然后在壓力8MPa下保持5min ；
[0116]15)在高溫成型機中進行固化，加熱溫度200°C，壓力8MPa，成型時間5min，由此獲得本實用新型的石棉基密封墊片。
[0117]經測量，該石棉基密封墊片的氮氣泄漏率為10mL / (h.mm)，耐熱耐壓性達到XB510級別，壓縮率為21%，回彈率為60%，橫向拉伸強度為29MPa，抗起皮性為合格，導熱系數為 0.065W / (m.K)。
[0118]實施例2
[0119]按照以下步驟制造圖3所示結構的石棉基密封墊片。
[0120]1.制作石碳混合層
[0121]1-1.將15重量份石棉纖維(大城縣通達密封材料有限公司生產的5-70級石棉，符合GB / T8071-2001)和5重量份碳纖維(長度10_30mm，日本東麗公司制造的T400通用碳纖維)分別采用KH550硅烷偶聯劑進行浸潰處理，然后各自烘干、開松；
[0122]1-2.20重量份液體丁腈橡膠(德州宜達商貿有限公司生產的X730)在10重量份乙酸乙酯中溶解后，加入20重量份碳酸鈣填料及適量的硫化劑和硫化促進劑，然后混合至均勻，獲得橡膠混合料；
[0123]1-3.將經過步驟1-1處理的石棉纖維和碳纖維加入該橡膠混合料中，進行攪拌，攪拌轉速150r / min,攪拌時間15min ；
[0124]1-4.將攪拌后的混料在成張機上壓延成型，輥筒線速比1.0?1.2，溫度120±20°C，壓延時間 1min ；
[0125]1-5.所獲得的壓延產物先在平板硫化機上加溫加壓硫化，硫化溫度130°C，硫化壓力15MPa，硫化時間30min。然后采用烘箱硫化，硫化溫度150°C，硫化時間40min ；
[0126]1-6.最后進行熱處理，加熱溫度100°C，熱處理時間24h，最終得到石碳混合層。
[0127]2.層合金屬齒板和石墨粉末層
[0128]2-1.使膨脹石墨粉末(青島南墅宏達石墨制品有限公司生產的HD32)與硅酸鹽無機粘合劑(湖南省機械研究所生產的WJZ101，其用量占膨脹石墨粉末的3wt% )均勻混合，呈層狀地均勻平攤至金屬齒板(厚度0.5mm)的一個表面，在壓力5MPa下進行壓制，以形成厚度為2mm的石墨粉末層，獲得復合層；
[0129]2-2.將兩個按照步驟2-1制造的復合層與按照步驟I制造的石碳混合層采用耐高溫粘合劑(THC-400型耐高溫酚醛樹脂粘合劑)按照圖3所示的結構從兩側分別進行粘結，然后在高溫熱壓成型機中整體壓制成型，加熱溫度200°C，壓力8MPa，成型時間30min，由此獲得本實用新型的石棉基密封墊片。
[0130]經測量，該石棉基密封墊片的氮氣泄漏率為60mL / (h.mm)，耐熱耐壓性達到XB510級別，壓縮率為35%，回彈率為60%，橫向拉伸強度為36MPa，抗起皮性為合格，導熱系數為 0.062W / (m.K)。
[0131]參考例I
[0132]I)采用剪板機剪取適當寬度的石棉纖維/橡膠復合板(1.5mm厚，河北亨達密封材料有限公司生產的XB450) 1片，并裁剪相同寬度的碳纖維布(0.3mm厚，日本東麗T400HB-6000-40D)2 片；
[0133]2)將該2片碳纖維布分別通過耐高溫粘合劑(THC-400型耐高溫酚醛樹脂粘合劑)粘結在石棉纖維/橡膠復合板的兩面，然后在高溫熱壓成型機中在加熱溫度120°C、壓力5MPa和成型時間1min的條件下進行高溫固化，形成兩側層合有碳纖維層的復合體；
[0134]3)使膨脹石墨粉末(青島南墅宏達石墨制品有限公司生產的HD32)與硅酸鹽無機粘合劑(湖南省機械研究所生產的WJZ101，其用量占膨脹石墨粉末的3wt% )均勻混合，在壓力5MPa下進行壓制，獲得厚度為0.5_、寬度與碳纖維布相同的石墨粉末層；
[0135]4)將2片步驟3)獲得的石墨粉末層分別通過耐高溫粘合劑(THC-400型耐高溫酚醛樹脂粘合劑)粘結在步驟2)獲得的復合體的碳纖維層的兩面；和
[0136]5)在高溫熱壓成型機中整體壓制成型并固化，加熱溫度200°C，壓力8MPa，成型時間30min,由此獲得本實用新型的石棉基密封墊片。
[0137]經測量，該石棉基密封墊片的氮氣泄漏率為10mL / (h.mm)，耐熱耐壓性達到XB510級別，壓縮率為22%，回彈率為59%，橫向拉伸強度為30MPa，抗起皮性為合格，導熱系數為 0.070W / (m.K)。
[0138]作為對比，現有技術石棉基密封墊片(厚度3.1mm，通過直接裁剪河北亨達密封材料有限公司生產的XB450而獲得)的氮氣泄漏率為400mL / (h.mm)，耐熱耐壓性較差，僅達到XB450級別，壓縮率較低，為18%，回彈率較低，為47%，導熱系數較低，為0.062W /(m.K)。與該現有技術的石棉基密封墊片相比，參考例I石棉基密封墊片的石棉用量節省了大約一半。
[0139]以上雖然已結合實施例對本實用新型的【具體實施方式】進行了詳細的說明，但是需要指出的是，本實用新型的保護范圍并不受這些【具體實施方式】的限制，而是由附錄的權利要求書來確定。本領域技術人員可在不脫離本實用新型的技術思想和主旨的范圍內對這些實施方式進行適當的變更，而這些變更后的實施方式顯然也包括在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種石棉基密封墊片，其特征在于，其縱剖面具有層狀結構，并且至少包括石棉纖維-碳纖維復合層和位于所述石棉纖維-碳纖維復合層一側或兩側上的石墨粉末層。
2.按照權利要求1所述的石棉基密封墊片，其中在所述石棉纖維-碳纖維復合層和所述石墨粉末層之間還包括金屬齒板或金屬網板。
3.按照權利要求1所述的石棉基密封墊片，其中在所述石墨粉末層上還進一步存在η個含碳纖維層和η個附加的石墨粉末層，其中η為I至100之間的任意整數，所述的η個含碳纖維層和η個附加的石墨粉末層以交替方式存在，并且所述含碳纖維層選自碳纖維層、石棉纖維-碳纖維復合層、或者至少一個所述碳纖維層與至少一個所述石棉纖維-碳纖維復合層的層合體。
4.按照權利要求3所述的石棉基密封墊片，其中η為I至10之間的任意整數。
5.按照權利要求1或3所述的石棉基密封墊片，其中所述石墨粉末是膨脹石墨粉末。
6.按照權利要求1或3所述的石棉基密封墊片，其中所述石棉纖維-碳纖維復合層是石棉纖維與碳纖維的混合層、至少一個石棉纖維層與至少一個碳纖維層的層合體、或者至少一個所述混合層與至少一個所述層合體的層合體。
7.按照權利要求6所述的石棉基密封墊片，其中每個所述石棉纖維層的厚度為0.3-10mm,每個所述碳纖維層的厚度為0.2-lmm,每個所述石墨粉末層的厚度為0.2_2mm,并且每個所述混合層的厚度為0.3-10mm。
8.按照權利要求7所述的石棉基密封墊片，其中每個所述石棉纖維層的厚度為1-5_，每個所述碳纖維層的厚度為0.3-0.5mm,每個所述石墨粉末層的厚度為0.5-lmm,并且每個所述混合層的厚度為1-5_。
9.按照權利要求2所述的石棉基密封墊片，其中每個所述金屬齒板或金屬網板的厚度為 0.2_2mm。
10.按照權利要求9所述的石棉基密封墊片，其中每個所述金屬齒板或金屬網板的厚度為 0.3-0.5mm。
【文檔編號】B32B9/04GK204076954SQ201420036185
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】陸維, 胡騰, 趙宇峰, 張明, 楊勝, 薛艷芳 申請人:國核華清（北京）核電技術研發中心有限公司, 國家核電技術有限公司