無石棉輥壓材料復合板的性能研究

杜 銘，侯彩紅，焦紅斌，石志剛，朱綿鵬

（1.咸陽非金屬礦研究設計院有限公司，陜西 咸陽 712021；2.國家非金屬礦制品質量監督檢驗中心，陜西 咸陽 712021）

【試驗研究】

無石棉輥壓材料復合板的性能研究

杜 銘1，侯彩紅1，焦紅斌2，石志剛2，朱綿鵬2

（1.咸陽非金屬礦研究設計院有限公司，陜西 咸陽 712021；2.國家非金屬礦制品質量監督檢驗中心，陜西 咸陽 712021）

本文對國內典型無石棉輥壓材料復合板進行了壓縮率、回彈率、耐介質性、熱老化性等性能的試驗研究，旨在找到一種能夠代替石棉復合密封材料。經過一定的驗證試驗，結果表明：無石棉輥壓材料復合板具有較好的使用性能，能夠適應多種使用工況，為進一步開展無石棉輥壓復合板的性能研究奠定了基礎。

無石棉；輥壓法復合板；密封

1 前言

隨著國際市場石棉材料被禁用，人們逐漸意識到使用石棉材料對人類自身的危害性，越來越多的生產企業通過更改生產工藝及技術，尋找多種材料旨在能夠代替原有石棉密封產品的市場份額。石棉材料其自身具有密封性好、耐高溫、機械強度高、增強性能高等特點。目前沒有哪種單一材料能夠很好的替代，所以通過材料復合生產出能夠替代石棉材料并通過材料的改變研究出成本更低性、能更好的復合板，成為相關行業人員研究的方向。

無石棉輥壓材料復合板由內襯金屬沖刺板(一般厚度為0.2～0.25mm的碳鋼)，用非金屬礦物纖維(纖維素纖維、芳綸纖維、海泡石等)作為增強材料，以天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠及其他改性橡膠作為粘合劑，采用輥壓法特制而成，具有耐溫、耐壓、耐油、優良的氣密性和壓縮回彈性能。根據不同的使用要求，還可以夾帶金屬絲或者金屬鉑片。

本研究選用金屬沖刺芯材厚度為0.20mm的輥壓法無石棉復合板進行試驗研究。

2 試驗裝置和方法

2.1 壓縮回彈試驗

本試驗參照國家標準GB/T20671.2-2006[1]中規定的方法，測量室溫下三種不同密度無石棉輥壓材料復合板的壓縮率和回彈率。壓縮率和回彈率按式(1)和式(2)計算：

式中：H0——預壓縮載荷下的墊片厚度(mm)；

H1——總壓縮載荷下的墊片厚度(mm)；

H2——回彈至預壓縮載荷下的墊片厚度(mm)。

2.2 耐介質性能試驗

耐介質性能包括：耐油性能、耐化學介質性能和耐溶劑性能，反映了材料對介質的抵抗性，通常用材料的厚度增加率和質量增加率表示，直接決定材料的適用環境。耐介質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)。

輥壓法復合板使用工況中會遭遇冷卻液，盡管在JC/T 2052-2011[2]中沒有對冷卻液中增重率、增厚率進行規定，參考一些企業的標準方法我們還是進行了驗證，浸漬蒸餾水+乙二醇(50∶50)，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。增重率和增厚率按式(3)和式(4)計算：

式中：m1——試樣浸液后的質量(g)；

m2——試樣浸液前的質量(g)。

式中：H3——試樣浸液后的厚度(mm)；

H4——試樣浸液前的厚度(mm)。

2.3 熱老化性試驗

2.3.1 儀器設備

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

2.3.2 試驗步驟

(1) 制取3片40mm×40mm的試樣，將試樣放在100±2℃的烘箱內調節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，保持22h。

(4) 取出試樣，在干燥器內放置30min。

(5) 從干燥器中取出試樣，準確稱量試樣(精確至0.001g)，作為老化后的質量；在原測量點測量試樣的厚度。

2.3.3 試驗結果

增重率和增厚率按式(5)和式(6)計算：

式中：m1——試樣老化前的質量(g)；

m2——試樣老化后的質量(g)；

h1——試樣老化后的厚度(mm)；

h2——試樣老化前的厚度(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。

3 試驗結果及分析

3.1 密度對壓縮回彈性能的影響

無石棉輥壓材料復合板是無石棉材料與沖刺金屬板兩種材料的復合，其壓縮回彈性能一方面要受到沖刺金屬板增強作用的影響；另一方面，由于輥壓材料的厚度不同，也受無石棉輥壓材料本身性質的影響，與沖刺金屬板復合得到的板材具有不同的機械性能。目前，國內不同廠家采用的無石棉材料的厚度不完全相同。

圖1示出了當墊片應力不變時，不同厚度的無石棉輥壓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，隨著無石棉輥壓材料厚度的增加，壓縮率有較小幅度的減小，回彈率不斷上升，總的來說都保持較好的壓縮及回彈性能。

圖1 厚度對壓縮回彈性能的影響

3.2 耐介質性能

無石棉輥壓材料復合板多用于管道法蘭、閥門、機械設備的密封， 其密封介質多為潤滑油、燃料油、冷卻劑等， 因此研究其對這些介質的抗耐性十分重要。JC/T 2052-2011[2]標準中僅僅對前兩者進行了規定，本文針對冷卻液，以國內某企業的1.6mm輥壓法無石棉復合板為樣例做條件試驗：浸漬時間一定(5h)，分別在100、110、120、130℃等溫度下測定輥壓法無石棉復合板的增重率和增厚率，從試驗的數據可以看出，隨溫度的增加，增重率也隨之增加，在130℃時增重率為最大，但是增厚率的峰值出現在110℃(見圖2)。

圖2 溫度對質量和厚度的影響

將試驗溫度一定(130℃)，浸漬的時間分別為9、15h來測定輥壓法無石棉復合板的增重率和增厚率，由于材質的原因，在浸漬9h和15h輥壓法無石棉復合板的表面均已起泡(見圖3)。根據ASTM F146[3]所規定的5h耐介質試驗，無石棉輥壓材料復合板能夠反映密封材料的耐介質能力，無石棉輥壓材料復合板在介質中基本性能的變化主要取決于其厚度以及浸漬時間。

圖3 輥壓法無石棉復合板起泡

3.3 熱老化性能

通過對無石棉輥壓材料復合板的高溫性能作的基礎性研究， 初步確定了測定無石棉輥壓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，從而得出無石棉輥壓材料復合板熱的衰變情況。

以國內某企業的1.6mm輥壓法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℃等溫度下測定輥壓法無石棉復合板的增重率和增厚率(見圖4)。從試驗的數據可以看出，160℃時增重率最大，而增厚率的峰值出現在140℃。

但在160℃輥壓法無石棉復合板表面有明顯的裂紋(見圖5)。綜合考慮，將熱老化性試驗條件定為140 ±2℃(22h)。

4 結語

本文所研究的無石棉輥壓材料復合板的壓縮回彈率、耐介質性能及耐老化性能，在無石棉輥壓材料相同時，其性能主要受到材料厚度及沖刺鋼板厚度的影響。

圖4 溫度對增重率和增厚率的影響

圖5 輥壓法無石棉復合板表面裂紋

無石棉輥壓材料復合板與傳統的石棉輥壓材料復合板相比，壓縮率一般，回彈率大，耐各種介質和耐老化性能好，其綜合性能十分優越，可替代石棉輥壓材料復合板廣泛應用于管道法蘭、閥門、熱交換器、壓力容器、機械設備、發動機等工業設備的密封。

迄今為止，國內還沒有無石棉輥壓材料復合板的國家標準，針對生產企業的產品使用性能爭議性比較大的幾個指標進行試驗，旨在通過試驗能夠反映部分產品的性能，為下一步制定相應的行業規范及國家標準做一些基礎的驗證。

[1]中國國家標準化管理委員會.GB/T 20671.2-2006 非金屬墊片材料分類體系及試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2006.

[2]中華人民共和國工業和信息化部.JC/T 2052-2011 輥壓法無石棉纖維墊片材料[S].北京：建材工業出版社，2011.

[3]中國國家標準化管理委員會.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.

[4]美國材料試驗協會. ASTM F146 Standard test methods for fluid resistance of gasket materials[S]. America: ASTM, 2004.

Research on the Properties of Non-asbestos Rolling Composite Panel

DU Ming1, HOU Cai-hong1, JIAO Hong-bin2, SHI Zhi-gang2, ZHU Mian-peng2
(1. Xianyang Research & Design Institute of Non-metallic Minerals Co., Ltd., Xianyang 712021, China; 2. China National Nonmetallic Mineral Products Quality Inspection Test Center, Xianyang 712021, China)

This article is an experimental research on the properties including compression resilience ratio, medium resistance and thermal ageing of the domestic typical composite panel made from non-asbestos rolling materials.Aimed at finding a way to replace asbestos composite sealing material, after a certain validation tests, the results showed that the composite panel made from nonasbetos rolling materials has better performance, are able to adapt to a variety of using conditions, this test laid a solid foundation for the further study on the properties of non-asbestos rolling composite panel.

non-asbestos; rolling composite panels; seal

TU551.31；TQ336.45

A

1007-9386(2015)02-0013-03

2014-11-14