[发明专利]一种石棉或非石棉纤维复合密封材料

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与造纸技术的交叉领域，涉及一种石棉或非石棉纤维复合密封材料，尤其是高性能造纸法石棉或非石棉纤维复合密封材料。

背景技术

纤维复合密封材料主要用于制造各种密封垫片，广泛应用于各种车辆、机械设备以及各类管道连接处的密封，对车辆、机械的使用性能以及工业生产过程中的环境卫生和操作安全起着关键性的作用。纤维密封材料有石棉纤维产品和无石棉纤维产品两大类。石棉纤维物美价廉，曾经是制造密封材料所用纤维的不二选择。但是随着科学的发展，石棉纤维的致癌作用、对人体健康的危害性已越来越被人们广泛认识。所以石棉的使用在工业发达的国家已被禁止。但在中国，由于具体国情的不同，石棉产品目前还被广泛生产和使用。据2010年的统计，国内的石棉产品在纤维密封材料中仍占大约70％的市场份额。

纤维复合密封材料的制造方法主要有辊压法和造纸法两种。辊压法的产品可以达到较高的密度，因此断面密封性能(Bulk Sealability)高。但因采用苯，甲苯和汽油等有机溶剂为分散介质，有成本高和污染严重的缺陷。而造纸法使用水为分散介质，有成本低和无污染的优点，是环境友好型的生产方式。但造纸法的产品因其工艺过程的特性，无法达到很高的密度，因此材料的密封性，主要是断面密封性能难以达到辊压法产品的水平，使其应用范围受到了很大的限制。

纤维复合密封材料在应用过程中的主要作用就是保证体系的密封。然而由于密封材料本身的多孔特点，绝对零泄漏很难保证。密封材料的泄露形式主要有两种：界面泄露(Interfacial Leakage)和断面渗透泄露(Bulk Leakage)。其中界面泄露不仅与材料本身的特性，如柔软适应性、压缩回弹性、蠕变松弛性等有关，也与金属法兰表面的加工精度，螺栓的预紧力以及应用环境产生的综合效应有关。造纸法产品因为柔软适应性好，压缩率高，因此界面密封性能(Interfacial Sealability)一般比辊压法产品好，即其界面泄露通常比辊压法产品低。而断面渗透泄露主要与密封材料横断面的空隙率和微孔直径有关，因此也被称为微孔渗漏。理论上可由Darcy方程(1)中单位面积的渗透速率Q/A来表征微孔渗漏的大小。

QA=-KΔPηl...(1)]]>

式中：K为表征密封材料渗透性能的系数，ΔP为介质压力与外界压力的压强差；η为被密封介质的粘度，l为密封材料圆环的宽度，即介质渗漏的行程长度。

对于由填料颗粒堆积而形成的多孔性基材，如本发明所涉及的石棉纤维复合密封材料，其渗透性能K可大约由Kozeny-Carman方程(2)表征：

K=φ3deff236κ(1-φ)2...(2)]]>

式中：φ为多孔性材料内部的空隙率，d_eff为形成多孔性材料的球形颗粒的有效直径，κ为常数(一般为5)。