新型矿物纤维在密封材料(胶乳板)中的应用--辉绿岩及其纤维的性能与特点
2011-07-07 10:36阅读：
摘要：辉绿岩的硬度适中，高熔点使其具有很好的耐温性能，所制成的矿物纤维柔韧性高，易分散，非纤维物质含量低，是适用于密封垫圈的良好材料。
关键词：辉绿岩 辉绿岩纤维 密封材料 无石棉密封垫片 密封胶乳板 平滑度
Applications of New Type Mineral Fibres Used in Sealing
Material(Emulision Sheet) Matereial
----Performances & Properties of Diabase and Its Fibres
Abstract: Diabase has a moderate hardness, its high melting point
makes it a very good temperature tolerance performance. Mineral
fibres which are made from this kind of material has excellent
properties on flexility, dispersion, non-fibrous material etc. It
is a favorable material for manufacturing sealing gaskets.
Keywords: Diabase Diabase Fibre Sealing Material Non-asbestos
Sealing Gaskets Sealed Emulision Sheet Smoothness
1 前言
石棉种类繁多，应用范围广，且性能较稳定。石棉纤维容易散发到空气中，而且这种纤维的直径远远小于人的头发，是肉眼无法观察到的，所以一次呼吸可能吸入成千上万的石棉纤维而人们却毫无察觉。细小的石棉纤维被吸入人体后，没有被排出人体并沉积在肺部的纤维会造成石棉肺、胸膜、皮间瘤等疾病。鉴于越来越多的论证表明长期使用石棉对人体造成危害，一些发达国家如欧洲、北美等地区自20世纪70年代起就开始逐步禁用石棉，如1972年，在世界卫生组织国际癌症研究机构专家会议上提出的石棉制品影响人类健康的效应日益受到关注。此后，许多国家开始研究和开发代替石棉材料的产
品，逐步减少使用或者完全禁用含石棉的产品。2001我国被批准加入世界贸易组织（WTO）后，随着国际合作机会与市场贸易机会的增多，无石棉材料代替石棉材料是大势所趋[1]。只有各厂家、各企业同心协力实现无石棉化生产，才能适应局势的发展、提高自身竞争力、扩大出口量。
辉绿岩纤维属于人造矿物纤维。
早在2001年由11个国家19名一流专家组成的科学工作组，在法国里昂对人造矿物纤维是否有致癌危险进行了重新评价。自1988年IARC对人造矿物纤维进行专题审查以来，连续15年所发表的流行病学研究结果证明人造矿物纤维不会对人体造成危害。
密封板材根据其生产工艺的不同可以大致分为橡胶板(辊压法工艺)和胶乳板(抄取法工艺)，其中，胶乳板的抄取法生产工艺以水为介质，不用苯和汽油，无论在产品的操作或是环保问题上都不会有危害，而且各材料的均匀分散便于制成匀称度很高的密封板。
无石棉胶乳抄取板是以无石棉矿物纤维、胶乳、配合剂为原料，经打浆、抄取、硫化而成的密封材料，该材料有较高的拉伸强度和优异的压缩、回弹性能，对水、气、油等介质有良好的密封效果。
2 辉绿岩与辉绿岩纤维的特点
辉绿岩矿石属于岩浆岩中的基性岩矿石，其化学组成比较稳定，二氧化硅含量较玄武岩稍高，氧化钾、氧化钠含量较玄武岩少，含有微量的二氧化钛。辉绿岩与玄武岩、辉长岩可不添加任何配合料而直接将其熔制成纤维。辉绿岩冷却较慢，形成一些隐晶和微晶质结构，其结晶程度高于玄武岩，所以比玄武岩难熔，辉绿岩的熔化温度一般在1450℃-1500℃左右。因此，辉绿岩熔体质量纯，制得的纤维化学稳定性好，生产出的纤维较细，一般可控制在5-7微米范围内，抗拉强度较高[2]。此外，辉绿岩的熔融比重
2.95—3.05, 硬度6—7, 膨胀系数小于钢铁, 耐酸度极强。辉绿岩经熔融制作成铸石后, 耐磨强度比钢铁要大 15—20 倍,
是一种用途广效果好性价比高的非金属材料, 尤其是在石油、化工工业设备上被广泛应用。辉绿岩的化学组成与酸度系数见表1。
表1 辉绿岩的化学组成（wt%）与酸度系数
化学成份
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3+FeO
|
TiO2
|
K2O
|
Na2O
|
CaO
|
MgO
|
其它
|
酸度系数Mk
|
平均值
|
50.12
|
15.58
|
11.28
|
1.41
|
1.38
|
2.25
|
8.80
|
5.89
|
3.29
|
4.48
|
博尔矿山
|
52.93
|
18.63
|
8.77
|
1.16
|
1.22
|
2.06
|
8.86
|
6.05
|
0.32
|
4.79
|
辉绿岩纤维是以辉绿岩为原料，经高温熔融后，采用高速离心法或喷吹法等工艺制成的棉丝状无机纤维。其生产工序如下所示：
辉绿岩开采→称重→熔融→成纤(喷吹法/ 高速离心法)→收集→除渣→后期处理→包装
3 密封材料(胶乳板)与辉绿岩纤维的关系
3．1 密封材料要求纤维材料具备的性能
（1） 良好的亲水性能及分散性能
（2） 耐温性能好
（3） 非纤维物质含量低
（4） 耐腐蚀
（5） 与胶乳、无机填料的相容性良好
（6） 工艺操作性好
3．2 辉绿岩纤维满足密封材料(胶乳板)要求的性能：
（1） 不含石棉的无机物
（2） 适当的长径比：使纤维形成一个良好的网状结构，改善垫片的湿强度及排水性能，优化 垫片的尺寸稳定性
（3） 纤维表面经过特殊处理，有很好的亲水性，易分散且均匀，与胶乳的结合力强
（4） 极低的非纤维物质含量，确保垫片的密封性与表面平滑性
（5） 极低的烧失量：提高垫片的密封性能，改善抗热性
以上提到的所谓非纤维材料，即是矿物纤维在成纤过程中从熔体的成纤粘度范围在一瞬间上升至脆性粘度范围。在这一瞬间中大部分熔体被牵引而成纤维状的矿物纤维，但仍有一部分的熔体还来不及变成纤维而变成了粒状、块状及棒状物，即指俗称矿物纤维中的“渣球”。
渣球与纤维的化学成分相同，密封产品用纤维所含渣球过多会影响板材的密封性能，粗粒的渣球会损害板材表面的平滑度。
辉绿岩纤维严格按照国际标准120目筛（孔径约为125微米）非纤维含量≤1%的要求 ，进行有效的控制。
4 辉绿岩纤维与矿渣棉的理化性能特点
4．1 物理性能
辉绿岩纤维与矿渣棉的物理性能见表2
表2 辉绿岩纤维与矿渣棉的物理性能
名称
|
颜
色
|
耐 火度
|
耐火性
|
耐水性
|
耐腐蚀性
|
纤维直径
|
分散性
|
纤维韧性
|
辉绿纤维
|
绿/灰
|
780℃
|
好
|
稳定
|
强
|
细
|
易分散
|
柔韧
|
矿渣棉纤维
|
白/偏黄
|
650℃
|
较差
|
不稳定
|
弱
|
粗
|
难分散
|
较脆
|
4．2 外观特性
辉绿岩纤维表面光滑、端部断面多平坦呈玻璃棒折断状；
矿渣棉多呈绒毛状、表面常见纵向解理。
4．3 化学特性
（1）辉绿岩纤维中SiO2 + Al2O3 + CaO +
MgO的总量为86%-92%（矿渣棉纤维的以上四种化学成分的总量高达95%以上）；
（2）辉绿岩纤维的Fe2 O3 + FeO的合量为5%-12%（矿渣棉纤维的以上化学成分的合量为2%以下）
铁含量有助于提高纤维的使用温度、耐热性能、介电性能、力学性能、纤维柔软性能及工艺的稳定性。
5 衡量矿物纤维的重要参数—酸度系数与pH值
5．1 酸度系数与矿物纤维化学稳定性的关系
化学稳定性一般指矿物纤维的水解性能，这一特性决定了矿物纤维在大气条件下（特别是潮湿环境）的使用价值，习惯上称这之为耐水性。
酸度系数对岩棉、矿渣棉而言是一个衡量其化学耐久性的特定参数。
酸度系数表示配方成分中所含酸性氧化物和碱性氧化物的质量比，常用符号Mk来表示。
Mk= （WSiO2+WAl2O3）/（WCaO+WMgO）
博尔辉绿岩棉BE-C06产品的酸度系数 Mk值为 2.19。
一般来说，酸度系数越大，矿物纤维的化学耐久性越好。
矿渣棉的酸度系数一般控制在1.2-1.4之间，岩棉的酸度系数则控制在1.5-2.5之间较好。当Mk过高时，制成的纤维可能较长，化学稳定性得到改善，使用温度提高，但较难熔化，纤维较粗。辉绿岩稍加碱性调节辅料，酸度系数就可以达到成纤要求。
5．2 pH值：
pH值是衡量矿物棉化学稳定性（抗大气、抗水）较准确的指标，pH值的计算完全是从大量试验中总结出来，pH值越高，抗水性越差。一般情况下：pH值＜4是最稳定的，pH值＜5是稳定的，pH值＜6是中等稳定的，pH值＜7是不太稳定的，pH值＞7则是最不稳定。pH值可以用计算方法从成分得出。博尔辉绿岩棉BE-C06产品的
pH值为 2.21。
pH=-0.0602WSiO2-0.120WAl2O3+0.232WCaO+0.120WMgO+0.144WFe2O3+0.21WNa2O
6 材料检测反馈
图1 辉绿岩纤维放大3000倍电镜图，图中可以看到纤维很纯净，其表面较光滑。为了提高纤维与胶乳等基料的粘合力,
需对其进行表面处理。
图2
辉绿岩纤维的电位图，其中横座标表示电位属性，纵座标表示分子的集中度，其曲线主要集中在横座标中间“零”的左侧，即纤维的电性为负。
图3 辉绿岩矿物分析图，可以看出此材料含有铁堇青石、钠镁磷酸盐水化物等物质，不含石棉。
图3 辉绿岩矿物分析图，可以看出此材料含有铁堇青石、钠镁磷酸盐水化物等物质，不含石棉。
7 辉绿岩纤维的性能测试结果
辉绿岩纤维作为增强纤维制成密封胶乳板，相关测试结果列于表3中。
表3 辉绿岩纤维的性能测试结果
8. 结论
Ⅰ.
辉绿岩材料由于其独特的微观结构及化学成分决定了它具有优异的物理特性和化学特性，如耐高温性、绝缘性和耐腐蚀性，同时还具有很好的机械抗拉强度。
Ⅱ.
辉绿岩纤维长度和密度适中、杂质少、易分散，经过表面处理后，能与无机填料和胶乳充分吸附混合，并分散均匀，达到“合成制浆”的目的。
Ⅲ.
辉绿岩的高纯净度使得做成的密封胶乳板表面平滑，而纤维的均匀分布、无翘曲、皱折和裂口等缺陷，对板材的尺寸稳定性起到了一定的“固型”作用。
综上所述，辉绿岩纤维是适用于密封垫片的良好材料。
参考文献
[1] 杨建忠.抄取工艺生产汽车发动机用无石棉乳胶密封板、摩擦密封材料
[2] 高惠民.石棉的结构与性能、矿物复合摩擦材料
