無石棉抄取材料復合板的性能研究

侯彩紅，杜 銘，焦紅斌，朱 萌

( 咸陽非金屬礦研究設計院有限公司 國家非金屬礦制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，陜西咸陽712021)

由于石棉危及人們的健康，不少生產(chǎn)企業(yè)不斷改進生產(chǎn)技術及工藝，尋求各種材料來代替石棉的性能。現(xiàn)無石棉抄取材料復合板以其優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、耐介質(zhì)性受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛青睞。

由無石棉抄取板中間內(nèi)襯金屬沖齒復合板(金屬芯材厚度一般為0.2mm ～0.25mm 的碳鋼)，常用于制作汽車、摩托車墊片，是傳統(tǒng)石棉墊片的理想替代品，具有自膨脹、高回彈、使用壽命長等優(yōu)點，廣泛應用于汽車、農(nóng)機、摩托、工程機械等，也可作為高強墊片、汽缸墊片等。

本文選用金屬沖刺芯材厚度為0.20mm 的無石棉抄取材料復合板進行試驗研究。對其以下性能進行研究:(1)壓縮率、回彈率;(2)耐液性;(3)熱老化性。

1 試驗裝置和方法

1.1 壓縮回彈試驗

本試驗參照GB/T 20671.2 －2006［1］中規(guī)定的方法，測量室溫下三種(不同密度)無石棉抄取材料復合板的壓縮率和回彈率。試驗結果按式(1)、(2)分別計算壓縮率和回彈率。

式中:H0—預壓縮載荷下的墊片厚度，單位為毫米(mm);H1—總壓縮載荷下的墊片厚度，單位為毫米(mm);H2—回彈至預壓縮載荷下的墊片厚度，單位為毫米(mm)。

1.2 浸漬蒸餾水+乙二醇(50 ∶50)后性能試驗

本試驗參照GB/T 27793 －2011［2］中規(guī)定的方法進行條件試驗。恒定溫度，研究試樣增重率和增厚率與浸漬時間的關系。然后恒定浸漬時間，研究試樣增重率和增厚率與溫度的關系。最終選擇最佳的溫度和浸漬時間。試驗結果按式(3)、(4)分別計算增重率和增厚率。

式中:m1—試樣浸液后的質(zhì)量，單位為克(g);m2—試樣浸液前的質(zhì)量，單位為克(g)。

式中:H3—試樣浸液后的厚度，單位為毫米(mm);H4—試樣浸液前的厚度，單位為毫米(mm)。

1.3 熱老化性試驗

1.3.1 儀器設備

天平:感量不大于0.001g;測厚儀:壓頭直徑6.4mm±0.13mm，試樣上的壓強80.3kPa±6.9kPa;電熱干燥箱:0℃～200℃，精確度±2℃;干燥器。

1.3.2 試驗步驟

(1)制取3 片40mm×40mm 的試樣，將試樣放在100℃±2℃的烘箱內(nèi)調(diào)節(jié)1h，然后移至裝有無水氯化鈣的干燥器中冷卻至21℃～30℃，再開始進行測試。

(2)準確稱量試樣(精確至0.001g)，作為老化前的質(zhì)量;再在試樣邊緣的四角和中心測量五點。

(3)將試樣放入140℃±2℃電熱干燥箱內(nèi)，保持22h。

(4)取出試樣，在干燥器內(nèi)放置30min。

(5)再次按(2)稱量試樣老化后的質(zhì)量，在原測量點測量試樣的厚度。

1.3.3 試驗結果增重率和增厚率分別按式(5)和式(6)計算。

式中:m1—試樣老化前的質(zhì)量，單位為克(g);m2—試樣老化后的質(zhì)量，單位為克(g);h1—試樣老化后的厚度，單位為毫米(mm);h2—試樣老化前的厚度，單位為毫米(mm)。

以試樣所測量五點增厚率的算術平均值為每片試樣的增厚率，并按GB/T 8170 修約至一位小數(shù)。

以三個試樣的算術平均值為試驗結果，并按GB/T 8170 修約至一位小數(shù)。

2 試驗結果及分析

2.1 無石棉抄取材料復合板密度對壓縮回彈性能的影響

由于無石棉抄取材料復合板是無石棉抄取材料與沖刺金屬板兩種材料的復合，因此其壓縮回彈性能一方面要受到?jīng)_刺金屬板增強作用的影響;另一方面，也受無石棉抄取材料本身性質(zhì)的影響。用不同厚度的無石棉抄取材料，與沖刺金屬板復合得到的板材具有不同的機械性能。目前，國內(nèi)不同廠家采用的無石棉抄取材料的厚度不完全相同。圖1示出了當墊片應力不變時，不同厚度的無石棉抄取材料與沖刺金屬薄板復合而成的墊片的壓縮率和回彈率的變化情況，隨著無石棉抄取材料厚度的增加，均能保持較大的壓縮變形能力和很好的回彈性能。

圖1 厚度對壓縮回彈性能的影響Fig.1 Effect of thickness on the compressive and resilient properties

2.2 無石棉抄取材料復合板耐介質(zhì)性能

耐介質(zhì)性能包括:耐油性能、耐化學介質(zhì)性能和耐溶劑性能，反映了材料對介質(zhì)的抵抗性，通常用材料的厚度增加率和質(zhì)量增加率表示，直接決定材料的適用環(huán)境。耐介質(zhì)性能主要取決于材料的組成成分(如基體材料、增強材料、填料和加工助劑等)。

無石棉抄取材料復合板大多應用于機動車的密封，其密封介質(zhì)多為潤滑油、燃料油、冷卻劑等，因此研究其對這些介質(zhì)的抗耐性十分重要。我們以國內(nèi)某企業(yè)1.2mm 抄取無石棉復合板為樣例做浸漬蒸餾水+乙二醇(50 ∶50)后性能的條件試驗:浸漬時間一定(5h)，分別在100℃、110℃、120℃、130℃四個溫度下測定抄取無石棉復合板的重量變化率和厚度變化率，從圖2 可以清楚地看到，重量變化率總體趨勢仍是隨浸漬溫度升高而增加，在130℃時重量變化率為最大，但在浸漬110℃后波動不是很大，趨于穩(wěn)定。但是厚度變化率在120℃時為最大。

圖2 浸漬時間一定(5h)時溫度對重量和厚度的影響Fig.2 The dipping time is fixed(5h)，the effect of temperature on weight and thickness

我們將試驗溫度一定(130℃)，浸漬的時間分別為5h、9h、15h、20h、22h、25h、30h 來觀察抄取無石棉復合板的重量變化率和厚度變化率，從曲線圖3可以清楚的看到，無論是重量變化率還是厚度變化率都無規(guī)律性的變化，但重量變化率波動不是很大，趨于平穩(wěn)。而厚度變化率在9h 有一個峰值，鑒于此我們又做了120℃(9h 和30h)的增重率和增厚率。而GB/T 20671.3 －2006［3］所規(guī)定的5h 耐介質(zhì)試驗難以全面反映本密封材料的實際耐介質(zhì)能力，而以20h 或30h 作為耐介質(zhì)試驗的試驗時間更加合理。無石棉抄取材料復合板在介質(zhì)中基本性能的變化主要取決于無石棉抄取材料的厚度以及浸漬時間。

圖3 浸漬溫度一定(130℃)時浸漬時間對厚度和質(zhì)量的影響Fig.3 The dipping temperature is fixed(130℃)，the effect of soaking time on the thickness and quality

2.3 無石棉抄取材料復合板熱老化性能

本文對無石棉抄取材料復合板的高溫性能作了基礎性的研究，初步確定了測定無石棉抄取材料復合板的熱老化性能的試驗方法。通過研究，最終得到熱老化－時間、熱老化－溫度間的關系，從而得出無石棉抄取材料復合板受熱的衰變情況。

我們以國內(nèi)某企業(yè)1.2mm 抄取無石棉復合板為樣例做條件試驗:老化時間一定(22h)，分別在100℃、120℃、140℃、160℃四個溫度下測定抄取無石棉復合板的增重率和增厚率，從圖4 可以看出，在140℃增重率和增厚率均為最大。在試驗過程中我們還發(fā)現(xiàn)，在160℃時，抄取無石棉復合板明顯變色。綜合考慮，將熱老化性試驗條件定為140℃±2℃(22h)。

圖4 試驗時間一定(22h)時溫度對重量和厚度的影響Fig.4 The test time is fixed(22h)，the effect of temperature on the weight and thickness

3 結語

(1)以金屬沖刺板為芯材的無石棉抄取材料復合板具有優(yōu)異的壓縮和回彈性能。無石棉抄取材料的厚度略微增加，仍能維持較高的壓縮和回彈能力。這是無石棉抄取材料復合板優(yōu)越性能之一。

(2)以金屬沖刺板為芯材的無石棉抄取材料復合板具有較好的耐介質(zhì)性能。5h 浸漬試驗時間不足以全面反映材料的耐介質(zhì)性能。無石棉抄取材料復合板在介質(zhì)中基本性能的變化主要取決于無石棉抄取材料的厚度以及浸漬時間。

(3)研究無石棉抄取材料復合板的熱老化性能可看出復合板受熱的衰變情況。我們只能在一定的條件下近似地反映密封材料的熱老化性能，不能完全反映復合板在工作環(huán)境下的熱老化性，為以后進一步研究奠定一定基礎。

總之，無石棉抄取材料復合板與傳統(tǒng)的石棉抄取材料復合板相比，其綜合性能十分優(yōu)越，可替代石棉抄取材料復合板廣泛應用于汽車、摩托車、縫紉機、儀器儀表、玻璃鋼管道等密封要求較高的場合。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB/T 20671.2 －2006 非金屬墊片材料分類體系及試驗方法 第2 部分:墊片材料壓縮率回彈率試驗方法［S］.北京:中國標準出版社，2006.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB/T 27793 －2011 抄取法無石棉纖維墊片材料［S］. 北京:中國標準出版社，2011.

［3］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB/T 20671.3 －2006 非金屬墊片材料分類體系及試驗方法 第3 部分:墊片材料耐液性試驗方法［S］. 北京:中國標準出版社，2006.