膨脹石墨對于無石棉墊片拉伸性能影響的研究

唐旭++劉美紅

摘要：本文依據均勻試驗設計表及填料的取值范圍設計了U （94）的均勻試驗設計表，根據制取墊片所測量的拉伸性能、壓縮回彈性能、蠕變松弛性能參數建立回歸方程式。經檢驗分析，發現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.

關鍵詞：無石棉墊片；填料；膨脹石墨；拉伸性能

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

中圖分類號：TQ176.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）02-0164-03

0 引言

密封墊片廣泛應用于各行各業，而多年來，制造墊片的原材料主要來源于石棉[1]。含石棉的密封墊片適用范圍較為廣泛，性能較為優異。但由于石棉對環境和人體的危害，發達國家已經出臺相關法令禁用石棉制品。目前國內外抄取制取非石棉密封板已經取得了長足的進步[2]，而在無石棉密封墊片的研究中，填料對于影響其墊片性能起了至關重要的作用，而且新型填料的發展日益進步，本文以膨脹石墨為例對墊片的拉伸性能影響進行研究。

作者采用均勻試驗設計方法[3]，為了縮短試驗周期利用膠乳抄取工藝制備非石棉墊片，并研究了其拉伸強度與膨脹石墨及其它填料之間的關系。

1 試樣制備與試驗方法

懸浮液制備工序為：

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。精磨是指在連續的錐形或圓盤型精磨機中，依靠機械力與水力的共同作用以改變纖維的品性。此時將纖維平行移動到刀片的交接點，通過發生在刀片之間和精磨機溝紋與通道中的輥壓、扭曲與拉伸作用剪應力施加在纖維上。正常的剪應力是借助混和、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加入化學助劑。為了使產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。采用在一個細網目篩布上通過真空抽濾稀薄的懸浮液而制成濕紙的試驗裝置。主要設備：QZM-1型錐形磨（天津材料試驗機廠）；F-0.4型分散機（武進市八方機械廠）；磁力攪拌器。將懸浮液抽濾后得到的濕紙放置在烘干機下烘干，烘干過后將得到的墊片硫化。

在無石棉密封墊片的制備過程中，所添加填料的種類與質量對于墊片的性能影響顯著。實驗由于變量過多，不能都作為自變量進行研究。而太多的自變量也難以確定主次，所以借助以前學者的研究[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，實驗配方由8種材料組成。由表1所示。

填料變量取值見表2。

實驗設計方案如表3所示。

2 試驗結果與討論

評價墊片性能的指標主要有：拉伸強度、壓縮回彈率、泄漏率等，本文選取拉伸強度作為評價墊片的指標。拉伸強度表示墊片材料抵抗張力的能力，與墊片耐工作介質壓力的能力直接相關[7]。

2.1 拉伸強度測試

測試拉伸強度性能的設備使用WE 30型液壓式萬能材料試驗機（濟南試驗機廠），并根據GB/T 528-2009 《硫化或熱塑性—拉伸應力變性能的測定》進行測試。拉伸強度計算公式按公式（1）計算：

式中：σ—墊片抵抗拉伸強度，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）。根據均勻配方測得的拉伸強度結果如表4。

含膨脹石墨復合填料組分的無石棉墊片的拉伸強度范圍為5.90MPa～12.01MPa，差別較大說明復合填料組分對于無石棉墊片拉伸性能影響顯著。其中第1組實驗中拉伸性能最小為5.90MPa，其復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 工藝參數與拉伸強度的回歸方程及顯著性檢驗

利用SAS進行結果數據擬合，采用多元線性回歸方程進行回歸分析[8]，可以得到拉伸強度-工藝條件的回歸方程式。由于一共有9組實驗數據，留第9組作為預留檢驗，對另8組數據回歸得到方程如下：

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，具有應用價值。

2.3 拉伸強度與各填料的關系endprint

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

以此類推可以算出其它影響條件一定時對于拉伸強度的關系式，圖1是其它條件一定時X1，X2，X3，X4分別對于拉伸強度的影響。

2.4 試驗配方的拉伸強度的預測

試驗中如需預測某個配方的性能，只需將該配方數據代入回歸方程計算即可得知其性能[9]。由于回歸方程（1）經檢驗是顯著的，因此可以應用它們進行性能預測。對9號式樣進行預測，其預測值為：Ys=11.42通過計算得到的相對誤差為0.18%。預測值與實測值相差很小，也從另一個方面說明得到的回歸方程是可檢驗的，用此回歸方程可用來預測不同復合填料組分制成材料的拉伸性能。

3 結論

①用均勻設計法，設計了均勻設計表，確定了各自變量以及在自變量范圍內試驗方案。比正交實驗法試驗次數減少了，提高了實驗的整體效率。

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拉伸性能的影響。無石棉墊片的拉伸強度受高嶺土、滑石粉、云母以及膨脹石墨用料的影響。當滑石粉和云母的用量增加時無石棉墊片的拉伸性能變強，其中云母的影響最為突出。滑石粉是片狀材料，故所制得的復合材料的剛性大，可改善無石棉墊片中橡膠的抗拉強度。云母因為其較強的韌性，也可增加無石棉墊片的抗拉強度。當高嶺土和膨脹石墨用量增加時，無石棉墊片的拉伸性能下降，關于膨脹石墨，同樣因為膨脹石墨的疏松多孔的原因，導致其所制備材料的拉伸性能不是很突出；而含高嶺土的無石棉墊片強度略有提高，但隨用料的提升，其成品的硬度變大而導致強度減小，彈性變低。

③利用得到的回歸方程，對試驗進行了預測，得出的回歸方程的預測值與實測值相差較小，說明得到的回歸方程可以用來預測非石棉墊片的性能。

參考文獻：

[1]譚西順.威脅人類健康的殺手——石棉[J].勞動保護，2005 （3）：96.

[2]蔡仁良，謝蘇江.非石棉壓縮纖維密封墊片的研究和開發[J].石油化工設備，1994（4）：42-46.

[3]方開泰.均勻設計與均勻設計表[M].北京：科學出版社，1994.

[4]劉美紅.無石棉膠乳抄取紙的制備及性能研究[D].上海：華東理工大學，2004.

[5]劉美紅，蔡仁良，謝蘇江，等.非石棉膠乳抄取密封材料的性能研究[J].機械工程材，2005：29，34-36.

[6]劉美紅，楊建忠，張椿林，等.無石棉膠乳抄取紙的均勻配方設計及性能研究——密度[J].材料導報：納米與新材料專輯，2009（23）：289-291.

[7]劉美紅，謝蘇江，胡宏玖，等.非石棉墊片復合材料設計與性能[M].上海大學出版社，2006.

[8]王作齡（編譯），張卓亞（編譯）.試驗方法（一）——譯自日本《ゴム試驗法》[J].橡塑資源利用，2006：37-48.

[9]王黎明，陳穎，楊楠.應用回歸分析[M].復旦大學出版社，2008：216-274.endprint