Паронит

Изобретение относится к парониту, предназначенному для изготовления прокладок для эксплуатации в уплотнительных узлах с плоскими уплотняемыми поверхностями. Паронит состоит из нескольких слоев из полимерного композита, выполненного из матрицы из вулканизата каучука, в которой размещены частицы порошкообразного наполнителя глинозема и/или каолина; и/или волокна асбеста, и/или полиарамидные волокна. Периферийные слои паронита выполнены с толщиной 0,02-0,06 мм, а три центральный слоя с толщиной 0,06-0,09 мм, причем периферийные и центральные слои паронита имеют разные толщины. Технический результат - повышение производительности процесса изготовления толстых листов паронита с одновременным повышением уплотнительной способности паронита (прокладки) за счет повышения восстанавливаемости после снятия нагрузки центральных слоев паронита.

 

Заявляемое изобретение относится к паронитам и различным прокладкам из них, предназначенным для эксплуатации в уплотнительных узлах с плоскими уплотняемыми поверхностями, в процессе эксплуатации которых паронит подвергается термическим и механическим нагрузкам.

Аналогом заявляемого изобретения является паронит, содержащий несколько слоев из полимерного композита, включающего матрицу из вулканизата каучука, внутри которой размещены дисперсные частицы и волокна наполнителей (см. Шанин Н.И. и др. Производство асбестовых технических изделий. - Л.: Химия, 1983 г., сс.185-194). Существенные признаки аналога «несколько слоев из полимерного композита, включающего матрицу из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные частицы и волокна наполнителей», совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является снижение уплотнительных свойств паронита при многократных сжатиях в процессе эксплуатации из-за нарушения монолитности материала паронита в результате разрушения полимерной матрицы композиционного материала слоев и, соответственно, снижение герметичности уплотнения.

Аналогом заявляемого изобретения является паронит, содержащий несколько слоев из полимерного композита, включающего матрицу из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные частицы и волокна наполнителей, при этом все слои или некоторые из слоев паронита выполнены с разной эластичностью (см. патент РФ №2227097, МПК⁷ B32B 33/00, 2004 г.). Существенные признаки наиболее близкого аналога «несколько слоев из полимерного композита, включающего матрицу из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные частицы и волокна наполнителей» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога также является снижение уплотнительных свойств паронита в процессе эксплуатации из-за нарушения монолитности материала паронита, следствием чего может явиться разрушение одного или нескольких слоев паронита и, в дальнейшем, протечки уплотняемой среды.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является паронит, содержащий несколько слоев из полимерного композита, включающего матрицу из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные частицы и волокна наполнителей, при этом толщина слоев паронита выбрана из соотношения 0,005L≤H≤0,2L, где H - толщина слоя, равная 0,025-0,06 мм; L - длина волокон волокнистого наполнителя, равная 0,4×4,0 мм (см. патент РФ №2176188, МПК⁷ B32B 33/00, 2001 г.). Существенные признаки наиболее близкого аналога «несколько слоев из полимерного композита, включающего матрицу из вулканизата каучука, в которой размещены дисперсные частицы и волокна наполнителей» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком наиболее близкого аналога является низкая производительность процесса изготовления толстых листов паронита (с толщиной более 1,5 мм), требующих большого количества наслоек, а также недостаточная восстанавливаемость после снятия нагрузки центральных слоев паронита, в результате чего снижается уплотнительная способность прокладки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение производительности процесса изготовления толстых листов паронита с одновременным повышением уплотнительной способности паронита (прокладки) за счет повышения восстанавливаемости после снятия нагрузки центральных слоев паронита.

Для достижения указанного технического результата в пароните (и прокладке из него), содержащем несколько слоев из полимерного композита, включающего матрицу из вулканизата каучука, в которой размещены частицы и волокна наполнителей, периферийные слои выполнены с толщиной 0,02ч0,06 мм, а центральный слой (или несколько центральных слоев) с толщиной более 0,06 мм.

Существенные признаки заявляемого изобретения «периферийные слои выполнены с толщиной 0,02×0,06 мм, а центральный слой (или несколько центральных слоев) с толщиной более 0,06 мм» являются отличительными от признаков наиболее близкого аналога.

Паронит содержит несколько слоев из полимерного композита, включающего матрицу из вулканизата каучука, в которой размещены частицы порошкообразного наполнителя (единственного или представляющего собой смесь различных дисперсных наполнителей) и волокнистого наполнителя (или нескольких волокнистых наполнителей). В качестве порошкообразного наполнителя могут использоваться глинозем, каолин и другие порошки или их смеси. В качестве волокнистого наполнителя могут использоваться асбест, полиарамидные и другие волокна или их смеси. При этом толщина слоев паронита различная, центральный слой или несколько центральных слоев имеют толщину более 0,06 мм каждый, а периферийные слои имеют толщину от 0,02 до 0,06 мм каждый. Преимущественная толщина каждого из центральных слоев 0,07-0,1 мм. Эластичность материала слоев приблизительно одинакова для всех слоев.

Основной составной частью паронита является асбест, обладающий стойкостью к действию кислот и щелочей (40-80%).

В качестве связующего для паронитов используются в основном синтетические и реже натуральные каучуки (10-20%).

С целью повышения качества паронита, в первую очередь плотности и прочности, увеличения стойкости к действию уплотняемых сред, в рецептуру паронита вводят различные порошкообразные наполнители. При введении в состав паронита наполнителей улучшаются и технологические свойства паронитовых смесей, в частности вальцуемость паронита. Наиболее широко в паронитовом производстве применяют следующие наполнители:

каолин - для увеличения прочности и повышения маслостойкости (5-10%);

барит - при изготовлении специальных кислото- и щелочестойких паронитов (10-40%);

сурик железный - для облегчения процесса вальцевания паронитов, повышения их температуростойкости и стойкости к действию некоторых сред (5-10%);

окись алюминия (глинозем) - для повышения температуростойкости паронита, прочности и стойкости к действию различных агрессивных сред, минеральных и органических кислот и т.д.;

графит скрытокристаллический (аморфный) - для снижения прилипаемости паронита к уплотняющим поверхностям фланцев (5-10%);

технический углерод марки ПМ-15 - как малоактивный наполнитель и краситель (1-10%);

магнезия жженая техническая - как термостойкий наполнитель для некоторых марок паронита.

В состав паронитов входят также вулканизующие агенты, ускорители вулканизации, активаторы, противостарители, а в необходимых случаях фунгициды.

Для обеспечения более равномерного распределения всех компонентов в паронитовой массе, лучшего смачивания поверхности асбестовых волокон и наполнителей в паронитовом производстве используется раствор каучука в соответствующем растворителе (бензин БР-1, БР-2, этилацетат).

Сера используется в качестве вулканизующего агента практически для всех каучуков, за исключением фторкаучуков. В производстве прокладочных материалов применяется природная сера, получаемая при переработке серных руд, и газовая, получаемая из сероводорода при плавке медных колчеданов и очистке газов или сероводорода. Для производства прокладочных материалов требуется сера в тонкодисперсном состоянии. Обычно применяют молотую серу.

Сера - желтое порошкообразное вещество с температурой плавления 112,8°C, плотностью 2,07 г/см³; растворяется в каучуках при температуре 140°C (10 г серы на 100 г каучука). При изготовлении резиновой смеси в резиносмесителе во избежание подвулканизации смеси серу обычно вводят не в резиносмеситель, а в смеситель при изготовлении паронитовых масс. Только при равномерном распределении серы в паронитовой массе можно получить однородный по физико-механическим показателям паронит. Одной из причин брака паронита может служить комкование серы при изготовлении паронитовой массы. Основной причиной комкования является загрузка серы комками и неудовлетворительное перемешивание в смесителе. При хранении паронитов сера выделяется из пересыщенных растворов, частично диффундирует на повеорхность и кристаллизуется на ней, т.е. происходит «выцветание». Сера «не выцветает» при обычной температуре, если содержание ее в пароните не превышает количества, соответствующего растворимости серы в каучуке при комнатной температуре (18-23°C). Растворимость серы в различных каучуках различна и при комнатной температуре достигает 10%. Кристаллизация серы на поверхности паронита вызывает коррозию фланцев при эксплуатации паронитовых прокладок.

Бис-фурилиденгексаметилендиамин (БФГМДА) используется в качестве вулканизующего агента паронитов и прокладочного материала без растворителей на основе фторсодержащих каучуков. БФГМДА представляет собой порошок светло-желтого цвета с температурой плавления 60°C. Молекулярная масса БФГМДА 272,35. Под действием света и воздуха продукт осмоляется. Этот вулканизующий агент хорошо растворяется в метиловом и этиловом спиртах, ацетоне, бензоле, толуоле и практически нерастворим в воде.

Для ускорения процесса вулканизации и улучшения физико-механических свойств паронитов в смеси вводят ускорители. Некоторые ускорители являются также вулканизующими веществами. Активность большинства ускорителей повышается при введении активаторов, например окиси цинка. По степени активности при вулканизации различают ультраускорители, ускорители высокой и средней активности и ускорители замедленного действия. В производстве паронитов используются следующие ускорители: тиурам, каптакс, альтакс, сантокюр, дифенилгуанидин и др.

Тиурам - порошок желтовато-серого цвета без посторонних включений, видимых на глаз. Температура начала плавления не ниже 140°С. Тиурам при изготовлении паронитов желательно вводить не в резиновую смесь (при приготовлении смеси в резиносмесителе), а в клей при приготовлении массы ввиду возможности подвулканизации при сравнительно низких температурах. В большинстве случаев тиурам в паронитах используется в сочетании с каптаксом для подвулканизации первичной наслойки паронитовой массы на рабочем валке при температуре 95-105°C.

Технический каптакс (2-меркаптобензтиазол) представляет собой тонкодисперсный, легко распыляющийся порошок желтого цвета с температурой плавления 180°C, горький на вкус; химически чистого 2-меркаптобензтиазола в техническом продукте содержится 92-94%. При содержании 7% смолообразных примесей его активность не снижается, но ухудшается диспергирование в каучуке, что приводит в отдельных случаях к местной перевулканизации. Плотность каптакса 1,41 г/см³. Он наиболее пригоден для вулканизации в паровой среде. В сочетании с тиурамом каптакс может быть использован для вулканизации на воздухе. Существует большое число производных 2-меркаптобензтиазола, из которых наиболее широко применяется альтакс.

Альтакс - однородный порошок от белого до желто-розового цвета, без посторонних включений, видимых на глаз. Температура начала плавления не ниже 155°C. Плотность 1,45 г/см³. Может быть использован при изготовлении прокладочных материалов как самостоятельно, так и в сочетании с другими ускорителями.

Технический дифенилгуанидин (ДФГ) представляет собой порошок светло-серого цвета. Его плотность 1,13 г/см³, температура плавления 144-145°C. ДФГ не вызывает подвулканизации. Он не токсичен, поэтому используется для приготовления изделий, применяемых в пищевой промышленности.

Некоторые ингредиенты, используемые для приготовления прокладочных материалов, могут оказывать значительное влияние на активность ускорителя. Большинство органических кислот замедляет вулканизацию. Большая группа веществ адсорбирует ускорители, особенно значительна адсорбция ускорителей газовыми сажами, каолином, коллоидной кремневой кислотой. При использовании таких наполнителей содержание ускорителей в резиновой смеси должно быть увеличено примерно на 25%. Часто применяются два или несколько ускорителей. В этом случае взаимное активирование ускорителей вулканизации вызывается химическим взаимодействием ускорителей друг с другом с образованием промежуточного комплекса, способного распадаться на свободные радикалы, взаимодействующие с каучуком и серой. Почти всегда смеси ускорителей начинают проявлять активность при более низкой температуре, чем отдельные входящие в их состав ускорители, и в производственных условиях могут вызывать подвулканизацию смесей. Наиболее желательно такое действие ускорителя на кинетику вулканизации, при котором в присутствии ускорителя механические свойства изделия сначала плавно возрастают, а достигнув максимума, остаются неизменными до конца процесса. Этот период постоянства свойств носит название «плато вулканизации». Технологическая значимость плато вулканизации велика.

Асбест - прекрасный теплоизолятор, поэтому трудно достичь оптимума вулканизации одновременно во всех частях изделия сложной конфигурации. Возможность длительно вулканизовать изделие без перевулканизации отдельных его частей позволяет достигать равномерной вулканизации всего изделия. Это очень важно для изделий с низкой теплопроводностью, так как в этом случае вулканизация протекает быстрее по поверхности изделия. Большое плато вулканизации является также лучшей гарантией выносливости специальных теплостойких изделий в условиях эксплуатации при повышенной температуре. Величина плато вулканизации зависит не только от свойств применяемого ускорителя, но и от природы каучука, дозировки серы и ускорителя в рецептуре, характера и содержания противостарителей.

Активаторы ускорителей вулканизации вводят в смеси для повышения технических свойств изделий. Органические ускорители проявляют наиболее активное действие при вулканизации в присутствии некоторых окислов и гидроокисей металлов, которые получили название «активаторы вулканизации». Основным активатором, применяемым в производстве прокладочных материалов, является окись цинка. Иногда активаторы не используются, так как основной наполнитель паронитов - асбест состоит в основном из окислов металлов, которые и активируют ускорители. Характер действия активаторов на процесс вулканизации зависит от типа каучука, ускорителей, наполнителей и температуры вулканизации.

Изготавливаться заявляемый паронит может известными способами (по паронитовой технологии) с подбором режимов вальцевания (отвода валка) для обеспечения необходимой толщины слоев. При этом толщина слоев паронита регулируется скоростью отвода холодного валка.

Для лучшего распределения ингредиентов в паронитовой массе каучук с ингредиентами предварительно смешивают в резиносмесителе по рецептурам и режимам согласно технологическим регламентам. Готовая резиновая смесь после резиносмесителя транспортером подается в загрузочную воронку дезинтегратора или мельницы с колосниковой решеткой (размер отверстий которой равен 4-6 мм). После измельчения резиновая смесь с помощью пневмотранспорта загружается в весовой бункер, затем ее взвешивают, и она подается в массосмешатель.

Паронитовая масса изготовляется на основе клея - раствора каучука, приготовленного из каучука и ингредиентов или из резиновой смеси. В качестве растворителей применяются: бензин - для каучуков НК, СКБ, СКС-30, СКД, буна S3, СКМС-30, СКМС-10 и этилацетат - для каучуков СКН-40, СКФ-26, СКФ-32.

Асбест перемешивается с клеем в течение 1,5-3 ч до полного прокрашивания. Режим приготовления паронитовых масс различен и зависит от скорости растворения каучука или резиновой смеси в растворителе и способности раствора каучука смачивать асбест. Готовая паронитовая масса при помощи различных систем подается в бункер дозатора паронитовых вальцов, откуда она поступает на вальцевание.

Процесс изготовления паронитовых листов осуществляется на специальных паронитовых вальцах, с горизонтальным или вертикальным расположением валков. Преимущественное распространение получили вальцы с вертикальным расположением валков. Нижний валок, обогреваемый изнутри паром, имеет больший диаметр и служит для образования листа паронита. Охлаждаемый водой верхний валок является прессующим. Перед началом вальцевания между валками устанавливается нулевой зазор и в предвалковое пространство из дозатора, установленного под вальцами, засыпается некоторый объем паронитовой смеси.

За счет силы трения между горячим валком и подсыхающей на его поверхности смесью (коэффициент трения по горячему валку 0,3-0,5, а по холодному 0,05-0,1) последняя втягивается в межвалковый зазор. Поскольку адгезионное взаимодействие смеси с горячим валком выше, чем с холодным, тонкий слой ее прилипает к поверхности горячего валка и проходит через межвалковый зазор, образующийся вследствие люфта верхнего валка. Так осуществляется первая элементарная наслойка паронитовой смеси на рабочий валок. При дальнейших его оборотах зазор между валками увеличивается с помощью механизма вальцев и происходит "наслоение следующих порций смеси, которые упрессовываются благодаря распорной силе между валками. При этом когезионное сцепление между слоями смеси всегда выше, чем сила адгезии к холодному валку. Процесс вальцевания (наслаивания) продолжается до образования паронитового листа заданной толщины, которая определяется навеской смеси.

Для некоторых смесей, имеющих недостаточную или слишком большую адгезию (прилипание) к горячему валку, применяется вальцевание паронита с «рубашкой». Вначале в межвалковый зазор подается смесь, не имеющая отмеченных выше недостатков, и на поверхности валка образуется несколько слоев паронита (рубашка). Затем засыпается основная смесь и проводится вальцевание до заданной толщины. «Рубашка» может применяться и для придания листу определенных поверхностных свойств, например различного цвета, улучшения антикоррозионных свойств, придания лучшего товарного вида и т.д. В этих случаях «рубашка» может наноситься и с двух сторон листа, т.е. в начале и в конце вальцевания.

Для предотвращения прилипания смеси к поверхности холодного валка он постоянно увлажняется водой при помощи распылителя или гибкого шланга.

При вальцевании паронита смесь с помощью лопаточки постоянно распределяется по всей длине валков в целях обеспечения равномерной наслойки.

Температура на поверхности горячего валка при вальцевании зависит от марки паронита и устанавливается в пределах 90-130°C. Верхний холодный валок должен иметь температуру не более 20°C.

В процессе вальцевания, как уже указывалось, верхний валок по мере наслоения смеси отводится от горячего валка специальным механизмом вальцев с определенной скоростью, которая может регулироваться.

Толщина элементарной наслойки имеет важное значение для получения качественного паронита. При более тонкой наслойке прочность паронита увеличивается, но при этом снижается производительность вальцев. Вместе с тем толщина элементарной наслойки зависит от типа применяемого в смеси каучука и качества самой смеси, от содержания в смеси асбеста и растворителя. Оптимальная величина наслойки, определяемая исходя из упомянутых факторов, устанавливается различной для разных толщин листа и марок паронитов и находится в пределах 0,02-0,06 мм на один оборот горячего валка.

Скорость вальцевания на применяемых заводами паронитовых вальцах является постоянной (24-36 м/мин) и определяется конструкцией вальцев. Практика показала, что без ущерба для качества паронита можно применять и более высокие скорости вальцевания. В настоящее время применяются также вальцы с регулируемой скоростью вращения валков в пределах от 8 до 80 м/мин.

После образования на горячем валке листа заданной толщины (при этом вся смесь перейдет на горячий валок) производится прикатка листа (1-2 оборота валка) и вальцы останавливаются. С помощью ручного или пневматического ножа лист разрезается вдоль валка и отгибается. Вальцы вновь включаются, и лист снимается с вращающегося валка вручную или скалывающим ножом.

Пары растворителя при вальцевании паронита отсасываются вентиляционной системой и поступают на рекуперационную установку. Рекуперированный растворитель вновь возвращается в производство паронита.

Изготовленные листы паронита содержат около 1%, а некоторые марки паронита и больше растворителя. Поэтому анализ качества паронита рекомендуется проводить после выдержки его в течение суток.

Вулканизация листов паронита осуществляется в этажных прессах с электрическим или паровым обогревом плит. Вулканизуемые листы паронита прокладываются гладкими металлическими листами, и на каждую плиту помещается стопка, состоящая из двух листов паронита и трех металлических листов. Вулканизация проводится при удельном давлении на лист 1 МПа и температуре 150-160°C в течение 2-8 мин в зависимости от толщины и марки паронита. Изделия из паронита могут вулканизоваться в конвейерных печах, в электрических вулканизационных камерах, в печах аэродинамического подогрева и любом другом термическом оборудовании, обеспечивающем заданные режимы вулканизации. Изделия раскладываются на противни или стеллажи тележек в несколько слоев, но с таким расчетом, чтобы обеспечить их равномерный обогрев горячим воздухом. Температура вулканизации для различных типов оборудования и различных прокладок устанавливается в пределах 130-160°C и продолжительность - от 30 до 75 мин.

Конкретным примером заявляемого изобретения может служить паронит, состоящий из 45 наслоек. Толщина трех центральных наслоек ≈ 0,06-0,09 мм, толщина остальных наслоек ≈ 0,03-0, 05 мм. Для обеспечения близкой эластичности слоев паронит выдерживают в вулканизационном прессе при давлении ≈ 2 МПа и температуре % 130°C в течение 1 часа.

Изготовление паронита с большей толщиной центральных слоев обеспечивает большую восстанавливаемость этих слоев (по абсолютному показателю) по сравнению с другими слоями, а также позволяет получить необходимую толщину листа меньшим количеством слоев (наслоек). В результате повышается уплотнительная способность прокладки из паронита, а также сокращается время изготовления паронита, что повышает производительность процесса производства.

Паронит, состоящий из нескольких слоев из полимерного композита, выполненного из матрицы из вулканизата каучука, в которой размещены частицы порошкообразного наполнителя глинозема и/или каолина; и/или волокна асбеста и/или полиарамидные волокна, отличающийся тем, что периферийные слои паронита выполнены с толщиной 0,02-0,06 мм, а три центральных слоя с толщиной 0,06-0,09 мм, причем периферийные и центральные слои паронита имеют разные толщины.