杜 铭，侯彩红，焦红斌，石志刚，朱绵鹏

（1.咸阳非金属矿研究设计院有限公司，陕西 咸阳 712021；2.国家非金属矿制品质量监督检验中心，陕西 咸阳 712021）

【试验研究】

无石棉辊压材料复合板的性能研究

杜 铭1，侯彩红1，焦红斌2，石志刚2，朱绵鹏2

（1.咸阳非金属矿研究设计院有限公司，陕西 咸阳 712021；2.国家非金属矿制品质量监督检验中心，陕西 咸阳 712021）

本文对国内典型无石棉辊压材料复合板进行了压缩率、回弹率、耐介质性、热老化性等性能的试验研究，旨在找到一种能够代替石棉复合密封材料。经过一定的验证试验，结果表明：无石棉辊压材料复合板具有较好的使用性能，能够适应多种使用工况，为进一步开展无石棉辊压复合板的性能研究奠定了基础。

无石棉；辊压法复合板；密封

1 前言

随着国际市场石棉材料被禁用，人们逐渐意识到使用石棉材料对人类自身的危害性，越来越多的生产企业通过更改生产工艺及技术，寻找多种材料旨在能够代替原有石棉密封产品的市场份额。石棉材料其自身具有密封性好、耐高温、机械强度高、增强性能高等特点。目前没有哪种单一材料能够很好的替代，所以通过材料复合生产出能够替代石棉材料并通过材料的改变研究出成本更低性、能更好的复合板，成为相关行业人员研究的方向。

无石棉辊压材料复合板由内衬金属冲刺板(一般厚度为0.2～0.25mm的碳钢)，用非金属矿物纤维(纤维素纤维、芳纶纤维、海泡石等)作为增强材料，以天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶及其他改性橡胶作为粘合剂，采用辊压法特制而成，具有耐温、耐压、耐油、优良的气密性和压缩回弹性能。根据不同的使用要求，还可以夹带金属丝或者金属铂片。

本研究选用金属冲刺芯材厚度为0.20mm的辊压法无石棉复合板进行试验研究。

2 试验装置和方法

2.1 压缩回弹试验

本试验参照国家标准GB/T20671.2-2006[1]中规定的方法，测量室温下三种不同密度无石棉辊压材料复合板的压缩率和回弹率。压缩率和回弹率按式(1)和式(2)计算：

式中：H0——预压缩载荷下的垫片厚度(mm)；

H1——总压缩载荷下的垫片厚度(mm)；

H2——回弹至预压缩载荷下的垫片厚度(mm)。

2.2 耐介质性能试验

耐介质性能包括：耐油性能、耐化学介质性能和耐溶剂性能，反映了材料对介质的抵抗性，通常用材料的厚度增加率和质量增加率表示，直接决定材料的适用环境。耐介质性能主要取决于材料的组成成分(如基体材料、增强材料、填料和加工助剂等)。

辊压法复合板使用工况中会遭遇冷却液，尽管在JC/T 2052-2011[2]中没有对冷却液中增重率、增厚率进行规定，参考一些企业的标准方法我们还是进行了验证，浸渍蒸馏水+乙二醇(50∶50)，恒定温度，研究试样增重率和增厚率与浸渍时间的关系。然后恒定浸渍时间，研究试样增重率和增厚率与温度的关系。增重率和增厚率按式(3)和式(4)计算：

式中：m1——试样浸液后的质量(g)；

m2——试样浸液前的质量(g)。

式中：H3——试样浸液后的厚度(mm)；

H4——试样浸液前的厚度(mm)。

2.3 热老化性试验

2.3.1 仪器设备

天平：感量≤0.001g；测厚仪：压头直径6.4± 0.13mm， 试样上的压强80.3±6.9kPa；电热干燥箱：0～200℃，精确度±2℃；干燥器。

2.3.2 试验步骤

(1) 制取3片40mm×40mm的试样，将试样放在100±2℃的烘箱内调节1h，然后移至装有无水氯化钙的干燥器中冷却至21～30℃，再开始进行测试。

(2) 准确称量试样(精确至0.001g)，作为老化前的质量；再在试样边缘的四角和中心测量五点。

(3) 将试样放入140±2℃电热干燥箱内，保持22h。

(4) 取出试样，在干燥器内放置30min。

(5) 从干燥器中取出试样，准确称量试样(精确至0.001g)，作为老化后的质量；在原测量点测量试样的厚度。

2.3.3 试验结果

增重率和增厚率按式(5)和式(6)计算：

式中：m1——试样老化前的质量(g)；

m2——试样老化后的质量(g)；

h1——试样老化后的厚度(mm)；

h2——试样老化前的厚度(mm)。以试样所测量五点增厚率的算术平均值为每片试样的增厚率，并按GB/T 8170修约至一位小数。

3 试验结果及分析

3.1 密度对压缩回弹性能的影响

无石棉辊压材料复合板是无石棉材料与冲刺金属板两种材料的复合，其压缩回弹性能一方面要受到冲刺金属板增强作用的影响；另一方面，由于辊压材料的厚度不同，也受无石棉辊压材料本身性质的影响，与冲刺金属板复合得到的板材具有不同的机械性能。目前，国内不同厂家采用的无石棉材料的厚度不完全相同。

图1示出了当垫片应力不变时，不同厚度的无石棉辊压材料与冲刺金属薄板复合而成的垫片的压缩率和回弹率的变化情况，随着无石棉辊压材料厚度的增加，压缩率有较小幅度的减小，回弹率不断上升，总的来说都保持较好的压缩及回弹性能。

图1 厚度对压缩回弹性能的影响

3.2 耐介质性能

无石棉辊压材料复合板多用于管道法兰、阀门、机械设备的密封， 其密封介质多为润滑油、燃料油、冷却剂等， 因此研究其对这些介质的抗耐性十分重要。JC/T 2052-2011[2]标准中仅仅对前两者进行了规定，本文针对冷却液，以国内某企业的1.6mm辊压法无石棉复合板为样例做条件试验：浸渍时间一定(5h)，分别在100、110、120、130℃等温度下测定辊压法无石棉复合板的增重率和增厚率，从试验的数据可以看出，随温度的增加，增重率也随之增加，在130℃时增重率为最大，但是增厚率的峰值出现在110℃(见图2)。

图2 温度对质量和厚度的影响

将试验温度一定(130℃)，浸渍的时间分别为9、15h来测定辊压法无石棉复合板的增重率和增厚率，由于材质的原因，在浸渍9h和15h辊压法无石棉复合板的表面均已起泡(见图3)。根据ASTM F146[3]所规定的5h耐介质试验，无石棉辊压材料复合板能够反映密封材料的耐介质能力，无石棉辊压材料复合板在介质中基本性能的变化主要取决于其厚度以及浸渍时间。

图3 辊压法无石棉复合板起泡

3.3 热老化性能

通过对无石棉辊压材料复合板的高温性能作的基础性研究， 初步确定了测定无石棉辊压材料复合板的热老化性能的试验方法。通过研究，最终得到热老化—时间、热老化—温度间的关系，从而得出无石棉辊压材料复合板热的衰变情况。

以国内某企业的1.6mm辊压法无石棉复合板为样例做条件试验：老化时间一定(22h)，分别在100、120、140、160℃等温度下测定辊压法无石棉复合板的增重率和增厚率(见图4)。从试验的数据可以看出，160℃时增重率最大，而增厚率的峰值出现在140℃。

但在160℃辊压法无石棉复合板表面有明显的裂纹(见图5)。综合考虑，将热老化性试验条件定为140 ±2℃(22h)。

4 结语

本文所研究的无石棉辊压材料复合板的压缩回弹率、耐介质性能及耐老化性能，在无石棉辊压材料相同时，其性能主要受到材料厚度及冲刺钢板厚度的影响。

图4 温度对增重率和增厚率的影响

图5 辊压法无石棉复合板表面裂纹

无石棉辊压材料复合板与传统的石棉辊压材料复合板相比，压缩率一般，回弹率大，耐各种介质和耐老化性能好，其综合性能十分优越，可替代石棉辊压材料复合板广泛应用于管道法兰、阀门、热交换器、压力容器、机械设备、发动机等工业设备的密封。

迄今为止，国内还没有无石棉辊压材料复合板的国家标准，针对生产企业的产品使用性能争议性比较大的几个指标进行试验，旨在通过试验能够反映部分产品的性能，为下一步制定相应的行业规范及国家标准做一些基础的验证。

[1]中国国家标准化管理委员会.GB/T 20671.2-2006 非金属垫片材料分类体系及试验方法[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2]中华人民共和国工业和信息化部.JC/T 2052-2011 辊压法无石棉纤维垫片材料[S].北京：建材工业出版社，2011.

[3]中国国家标准化管理委员会.GB/T 27793-2011 抄取法无石棉纤维垫片材料[S].北京：中国标准出版社，2011.

[4]美国材料试验协会. 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