填充聚丙烯腈复合型浆粕的摩擦密封复合材料文档格式.docx
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文献标识码:
A文章编号:
0438—1157（2007）O6—1598～O5
Frictionandgasketmaterialsreinforcedbynew
typeofcompoundp0lyacryl0nitrilepulp
LIJincbun,CHENZhigang,YOUSong~,YOUXiulan
（JiangsuPolytechnicUniversity,Changzhou213016,Jiangsu,China;
ShanghaiLanbang
TechnicalFiberCompany,Shanghai201209,China）
Abstract:
Thepropertiesofthefriction/gasketmaterialsreinforcedbyapolyacrylonitrilecompoundpulp,
inwhichthepolyacrylonitrileshort～cutfiberwasuniformlywrappedaroundbythepolyacryIonitrilepulp
byaspecialtechnologywasstudied.Theshort—cutfibersprovidedthemechanicalstrengthandthehighly
fibrillatedpulpentrappedandheldothercomponentsandalsoavoidedballingforentanglementbetweenthe
fibers.Theresultsshowedthatthefrictionmaterialsreinforcedbythecompoundpulphadsmoothsurface,
excellentfrictionandwearpropertiesandthegasketmaterialsreinforcedbythecompoundpulphadhigh
strength,goodelasticityandheat—resistance.
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
2006—07～12收到初稿,2006—12—2O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O7—12.
Correspondingauthor:
LIJinchun,associateprofessor.
E—mail:
lijinchun88@163.COITI
Foundationitem:
supportedbytheNaturalScienceFoundation
ofJiangsuProvince（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JFP
500一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
（JFPSOO—B）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,JFP5OO—B,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,35
1.1.2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/T11834—2000[5及
GB/T5763—1998_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×
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.
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d.
/
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.2SEMofPANshort—cutfiberwithroughsurface
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.4SEMofPANcompoundpulps
2.2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900
g,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
Table1Testingresultofcapturecapability
forPAN-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.
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
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