膨脹石墨對(duì)于無(wú)石棉墊片拉伸性能影響的研究

唐旭++劉美紅

摘要：本文依據(jù)均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)表及填料的取值范圍設(shè)計(jì)了U （94）的均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)表，根據(jù)制取墊片所測(cè)量的拉伸性能、壓縮回彈性能、蠕變松弛性能參數(shù)建立回歸方程式。經(jīng)檢驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)膨脹石墨在一定程度上影響墊片的拉伸性能，并且方程檢驗(yàn)后為顯著因素。

Abstract： In this paper， a uniform test design table of U （94） is designed according to the range of the uniform test design and the filler. According to the measured tensile properties， compressive resilience and creep relaxation performance parameters of the gasket， a regression equation is established. After the test and analysis， expanded graphite has been found to affect the tensile properties of the gasket to a certain extent， and it is significant factor after the equation test.

關(guān)鍵詞：無(wú)石棉墊片；填料；膨脹石墨；拉伸性能

Key words： non-asbestos gasket；filler；expanded graphite；tensile property

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ176.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）02-0164-03

0 引言

密封墊片廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，而多年來(lái)，制造墊片的原材料主要來(lái)源于石棉[1]。含石棉的密封墊片適用范圍較為廣泛，性能較為優(yōu)異。但由于石棉對(duì)環(huán)境和人體的危害，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)相關(guān)法令禁用石棉制品。目前國(guó)內(nèi)外抄取制取非石棉密封板已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步[2]，而在無(wú)石棉密封墊片的研究中，填料對(duì)于影響其墊片性能起了至關(guān)重要的作用，而且新型填料的發(fā)展日益進(jìn)步，本文以膨脹石墨為例對(duì)墊片的拉伸性能影響進(jìn)行研究。

作者采用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[3]，為了縮短試驗(yàn)周期利用膠乳抄取工藝制備非石棉墊片，并研究了其拉伸強(qiáng)度與膨脹石墨及其它填料之間的關(guān)系。

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

懸浮液制備工序?yàn)椋?/p>

①碎漿。碎漿是將纖維和填料分散在水中以形成懸浮液狀，碎漿的程度一方面能充分滿足完全分離和分散所有的纖維和填料，另一方面滿足泵送懸浮液的要求。

②精磨。精磨是指在連續(xù)的錐形或圓盤(pán)型精磨機(jī)中，依靠機(jī)械力與水力的共同作用以改變纖維的品性。此時(shí)將纖維平行移動(dòng)到刀片的交接點(diǎn)，通過(guò)發(fā)生在刀片之間和精磨機(jī)溝紋與通道中的輥壓、扭曲與拉伸作用剪應(yīng)力施加在纖維上。正常的剪應(yīng)力是借助混和、壓潰和推/拉作用施加在匯集于飛刀與底刀表面之間的纖維聚集塊上。

③加入化學(xué)助劑。為了使產(chǎn)品具有特殊性能并有利于抄取成張，將各種助劑加入漿料中。采用在一個(gè)細(xì)網(wǎng)目篩布上通過(guò)真空抽濾稀薄的懸浮液而制成濕紙的試驗(yàn)裝置。主要設(shè)備：QZM-1型錐形磨（天津材料試驗(yàn)機(jī)廠）；F-0.4型分散機(jī)（武進(jìn)市八方機(jī)械廠）；磁力攪拌器。將懸浮液抽濾后得到的濕紙放置在烘干機(jī)下烘干，烘干過(guò)后將得到的墊片硫化。

在無(wú)石棉密封墊片的制備過(guò)程中，所添加填料的種類(lèi)與質(zhì)量對(duì)于墊片的性能影響顯著。實(shí)驗(yàn)由于變量過(guò)多，不能都作為自變量進(jìn)行研究。而太多的自變量也難以確定主次，所以借助以前學(xué)者的研究[4-6]，把較為合適的工藝條件以及固定的配方作為定值，填料變化作為自變量，實(shí)驗(yàn)配方由8種材料組成。由表1所示。

填料變量取值見(jiàn)表2。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表3所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

評(píng)價(jià)墊片性能的指標(biāo)主要有：拉伸強(qiáng)度、壓縮回彈率、泄漏率等，本文選取拉伸強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)墊片的指標(biāo)。拉伸強(qiáng)度表示墊片材料抵抗張力的能力，與墊片耐工作介質(zhì)壓力的能力直接相關(guān)[7]。

2.1 拉伸強(qiáng)度測(cè)試

測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度性能的設(shè)備使用WE 30型液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠），并根據(jù)GB/T 528-2009 《硫化或熱塑性—拉伸應(yīng)力變性能的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。拉伸強(qiáng)度計(jì)算公式按公式（1）計(jì)算：

式中：σ—墊片抵抗拉伸強(qiáng)度，單位（MPa）；F—墊片斷裂載荷，單位（N）；b—墊片寬度，單位（mm）；d—墊片厚度，單位（mm）。根據(jù)均勻配方測(cè)得的拉伸強(qiáng)度結(jié)果如表4。

含膨脹石墨復(fù)合填料組分的無(wú)石棉墊片的拉伸強(qiáng)度范圍為5.90MPa～12.01MPa，差別較大說(shuō)明復(fù)合填料組分對(duì)于無(wú)石棉墊片拉伸性能影響顯著。其中第1組實(shí)驗(yàn)中拉伸性能最小為5.90MPa，其復(fù)合填料組分所占百分比分別為高嶺土7.4%、滑石粉33.43%、云母25.54%、膨脹石墨33.63%。第8組拉伸性能最大為12.01MPa，復(fù)合填料所占組分分別為高嶺土44.54%、滑石粉33.33%、云母16.6%、膨脹石墨5.46%。

2.2 工藝參數(shù)與拉伸強(qiáng)度的回歸方程及顯著性檢驗(yàn)

利用SAS進(jìn)行結(jié)果數(shù)據(jù)擬合，采用多元線性回歸方程進(jìn)行回歸分析[8]，可以得到拉伸強(qiáng)度-工藝條件的回歸方程式。由于一共有9組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，留第9組作為預(yù)留檢驗(yàn)，對(duì)另8組數(shù)據(jù)回歸得到方程如下：

公式（2）的回歸模型回歸模型α=0.031（0.01<0.031<0.05），在α=0.05下顯著，因此回歸方程是顯著的，具有應(yīng)用價(jià)值。

2.3 拉伸強(qiáng)度與各填料的關(guān)系endprint

根據(jù)回歸方程可以建立填料組分中某種填料對(duì)式樣性能的影響，如果考察拉伸性能與其組份中高嶺土含量的影響關(guān)系時(shí)，可先固定其他填料的含量，如固定X2=60，X3=19，X4=30，則可以得拉伸強(qiáng)度與高嶺土的關(guān)系式：

以此類(lèi)推可以算出其它影響條件一定時(shí)對(duì)于拉伸強(qiáng)度的關(guān)系式，圖1是其它條件一定時(shí)X1，X2，X3，X4分別對(duì)于拉伸強(qiáng)度的影響。

2.4 試驗(yàn)配方的拉伸強(qiáng)度的預(yù)測(cè)

試驗(yàn)中如需預(yù)測(cè)某個(gè)配方的性能，只需將該配方數(shù)據(jù)代入回歸方程計(jì)算即可得知其性能[9]。由于回歸方程（1）經(jīng)檢驗(yàn)是顯著的，因此可以應(yīng)用它們進(jìn)行性能預(yù)測(cè)。對(duì)9號(hào)式樣進(jìn)行預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)值為：Ys=11.42通過(guò)計(jì)算得到的相對(duì)誤差為0.18%。預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值相差很小，也從另一個(gè)方面說(shuō)明得到的回歸方程是可檢驗(yàn)的，用此回歸方程可用來(lái)預(yù)測(cè)不同復(fù)合填料組分制成材料的拉伸性能。

3 結(jié)論

①用均勻設(shè)計(jì)法，設(shè)計(jì)了均勻設(shè)計(jì)表，確定了各自變量以及在自變量范圍內(nèi)試驗(yàn)方案。比正交實(shí)驗(yàn)法試驗(yàn)次數(shù)減少了，提高了實(shí)驗(yàn)的整體效率。

②利用多元線性回歸方程式，分析了膨脹石墨以及其它填料對(duì)拉伸性能的影響。無(wú)石棉墊片的拉伸強(qiáng)度受高嶺土、滑石粉、云母以及膨脹石墨用料的影響。當(dāng)滑石粉和云母的用量增加時(shí)無(wú)石棉墊片的拉伸性能變強(qiáng)，其中云母的影響最為突出?；凼瞧瑺畈牧?，故所制得的復(fù)合材料的剛性大，可改善無(wú)石棉墊片中橡膠的抗拉強(qiáng)度。云母因?yàn)槠漭^強(qiáng)的韌性，也可增加無(wú)石棉墊片的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)高嶺土和膨脹石墨用量增加時(shí)，無(wú)石棉墊片的拉伸性能下降，關(guān)于膨脹石墨，同樣因?yàn)榕蛎浭氖杷啥嗫椎脑?，?dǎo)致其所制備材料的拉伸性能不是很突出；而含高嶺土的無(wú)石棉墊片強(qiáng)度略有提高，但隨用料的提升，其成品的硬度變大而導(dǎo)致強(qiáng)度減小，彈性變低。

③利用得到的回歸方程，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，得出的回歸方程的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值相差較小，說(shuō)明得到的回歸方程可以用來(lái)預(yù)測(cè)非石棉墊片的性能。

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