無石棉抄取材料復(fù)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(shè)計(jì)院有限公司 國家非金屬礦制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(jìn)生產(chǎn)技術(shù)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(fù)合板以其優(yōu)良的化學(xué)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(fù)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、農(nóng)機(jī)、摩托、工程機(jī)械等，也可作為高強(qiáng)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(fù)合板進(jìn)行試驗(yàn)研究。對其以下性能進(jìn)行研究:(1)壓縮率、回彈率;(2)耐液性;(3)熱老化性。

1 試驗(yàn)裝置和方法

1.1 壓縮回彈試驗(yàn)

本試驗(yàn)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(fù)合板的壓縮率和回彈率。試驗(yàn)結(jié)果按式(1)、(2)分別計(jì)算壓縮率和回彈率。

式中:H0—預(yù)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(yù)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(yàn)

本試驗(yàn)參照GB/T 27793 －2011［2］中規(guī)定的方法進(jìn)行條件試驗(yàn)。恒定溫度，研究試樣增重率和增厚率與浸漬時(shí)間的關(guān)系。然后恒定浸漬時(shí)間，研究試樣增重率和增厚率與溫度的關(guān)系。最終選擇最佳的溫度和浸漬時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果按式(3)、(4)分別計(jì)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(yàn)

1.3.1 儀器設(shè)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(qiáng)80.3kPa±6.9kPa;電熱干燥箱:0℃～200℃，精確度±2℃;干燥器。

1.3.2 試驗(yàn)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(jìn)行測試。

(2)準(zhǔn)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(diǎn)。

(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(diǎn)測量試樣的厚度。

1.3.3 試驗(yàn)結(jié)果增重率和增厚率分別按式(5)和式(6)計(jì)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(diǎn)增厚率的算術(shù)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(gè)試樣的算術(shù)平均值為試驗(yàn)結(jié)果，并按GB/T 8170 修約至一位小數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 無石棉抄取材料復(fù)合板密度對壓縮回彈性能的影響

由于無石棉抄取材料復(fù)合板是無石棉抄取材料與沖刺金屬板兩種材料的復(fù)合，因此其壓縮回彈性能一方面要受到?jīng)_刺金屬板增強(qiáng)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(fù)合得到的板材具有不同的機(jī)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(dāng)墊片應(yīng)力不變時(shí)，不同厚度的無石棉抄取材料與沖刺金屬薄板復(fù)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(fù)合板耐介質(zhì)性能

耐介質(zhì)性能包括:耐油性能、耐化學(xué)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(qiáng)材料、填料和加工助劑等)。

無石棉抄取材料復(fù)合板大多應(yīng)用于機(jī)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(fù)合板為樣例做浸漬蒸餾水+乙二醇(50 ∶50)后性能的條件試驗(yàn):浸漬時(shí)間一定(5h)，分別在100℃、110℃、120℃、130℃四個(gè)溫度下測定抄取無石棉復(fù)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(shí)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(shí)為最大。

圖2 浸漬時(shí)間一定(5h)時(shí)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(yàn)溫度一定(130℃)，浸漬的時(shí)間分別為5h、9h、15h、20h、22h、25h、30h 來觀察抄取無石棉復(fù)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(gè)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(yàn)難以全面反映本密封材料的實(shí)際耐介質(zhì)能力，而以20h 或30h 作為耐介質(zhì)試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間更加合理。無石棉抄取材料復(fù)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(shí)間。

圖3 浸漬溫度一定(130℃)時(shí)浸漬時(shí)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(fù)合板熱老化性能

本文對無石棉抄取材料復(fù)合板的高溫性能作了基礎(chǔ)性的研究，初步確定了測定無石棉抄取材料復(fù)合板的熱老化性能的試驗(yàn)方法。通過研究，最終得到熱老化－時(shí)間、熱老化－溫度間的關(guān)系，從而得出無石棉抄取材料復(fù)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(fù)合板為樣例做條件試驗(yàn):老化時(shí)間一定(22h)，分別在100℃、120℃、140℃、160℃四個(gè)溫度下測定抄取無石棉復(fù)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(yàn)過程中我們還發(fā)現(xiàn)，在160℃時(shí)，抄取無石棉復(fù)合板明顯變色。綜合考慮，將熱老化性試驗(yàn)條件定為140℃±2℃(22h)。

圖4 試驗(yàn)時(shí)間一定(22h)時(shí)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(jié)語

(1)以金屬沖刺板為芯材的無石棉抄取材料復(fù)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(fù)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(fù)合板具有較好的耐介質(zhì)性能。5h 浸漬試驗(yàn)時(shí)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(fù)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(shí)間。

(3)研究無石棉抄取材料復(fù)合板的熱老化性能可看出復(fù)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(fù)合板在工作環(huán)境下的熱老化性，為以后進(jìn)一步研究奠定一定基礎(chǔ)。

總之，無石棉抄取材料復(fù)合板與傳統(tǒng)的石棉抄取材料復(fù)合板相比，其綜合性能十分優(yōu)越，可替代石棉抄取材料復(fù)合板廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、縫紉機(jī)、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(yàn)檢疫總局. GB/T 20671.2 －2006 非金屬墊片材料分類體系及試驗(yàn)方法 第2 部分:墊片材料壓縮率回彈率試驗(yàn)方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

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