專利名稱：一種填充型氟塑料復(fù)合密封墊片和墊圈的制作方法
發(fā)明涉及一種填充型氟塑料復(fù)合密封墊片和墊圈，它采用氟塑料復(fù)合密封材料與石棉隔膜布經(jīng)過熱合模壓的工藝過程制成密封墊片，或直接將密封材料在模具中熱合模壓成墊圈。本發(fā)明主要適用于雙極性壓濾式電解槽的密封，以保持槽體在100℃下，強(qiáng)堿介質(zhì)，較高壓力下不泄漏，滿足工業(yè)水電解制氫(氧)裝置的密封要求;也可用于其它類似環(huán)境下工業(yè)密封技術(shù)領(lǐng)域。
目前，國際工業(yè)用水電解制氫(氧)裝置槽體的密封多采用單一的氟塑料(如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯)、石棉橡膠板或有機(jī)硅橡膠作為密封材料制成的墊片和墊圈。石棉橡膠板、有機(jī)硅橡膠類材料的墊片和墊圈，強(qiáng)度低、易老化，只能在低壓和80℃以下的電解槽中使用，而且使用壽命短。如我國引進(jìn)原蘇聯(lián)的常壓電解槽的密封材料就是石棉橡膠板，它要求每年更換一次密封墊片。比利時較先進(jìn)的IMET技術(shù)電解槽，工作壓力0.5MPa，采用有機(jī)硅橡膠密封墊圈的形式進(jìn)行密封，其使用壽命也僅半年至一年，就需要更換密封墊圈，給用戶造成較大的人力物力的浪費(fèi)。德國Lurgi公司的電解槽密封墊片采用單一氟塑料作為密封材料它也存在著強(qiáng)度低，彈性模量差，長時間工作運(yùn)行易發(fā)生蠕變的缺點，需要定期緊固電解槽，否則就會產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。為了克服因墊片蠕變而產(chǎn)生的密封材料外逸問題，他們在槽體極框上設(shè)計了限位功能，這就給電解槽的加工制造帶不了某些不便。同時，現(xiàn)行工業(yè)水電解制氫(氧)裝置的密封墊片在成型加工過程中還常出現(xiàn)氣泡、凹坑和裂紋現(xiàn)象，一般成品率僅為50%～60%，并且成型后還伴有收縮變形問題，直接影響到裝置的產(chǎn)氣純度。
本發(fā)明的目的就是解決目前水電解制氫(氧)裝置中槽體密封技術(shù)存在的不足而提供一種強(qiáng)度高、耐堿腐蝕、壽命長，在裝置啟動，停車及正常運(yùn)行條件下長時期具有優(yōu)良密封能力的密封墊片和墊圈。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方法實現(xiàn)。墊片(圈)的密封材料采用填充型氟塑料復(fù)合材料，其配比是(1)以聚全氟乙丙烯或乙烯與四氟乙烯的共聚物為主要成份，占總料量的30%～90%;(2)加入聚四氟乙烯，占總料量的8%～50%;(3)加入無機(jī)纖維素，占總料量的2%～20%，無機(jī)纖維可以是碳纖維、鈣鎂硅酸鹽和玻璃纖維的混合物;也可用其中的兩種或一種;
密封墊片采用熱合模壓的工藝過程成型，根據(jù)電解槽體的尺寸和形狀裁剪好石棉隔膜布置于能電加熱的模具中，把按上述比例混合好的復(fù)合密封材料均勻地鋪在模具內(nèi)石棉布的周邊，模具初步加壓1.5MPa～3.0MPa，電加熱使模具以每小時200℃～400℃的速度升溫，當(dāng)溫度升到230℃～370℃時模具加壓到15MPa～25MPa，持壓半小時，水冷或自然冷卻至室溫，打開模具取出墊片即得。密封墊圈的制做，按上述相同的比例配好氟塑料復(fù)合材料直接均勻地鋪在模具內(nèi)，采用與制做墊片相同的壓力、溫度和冷卻等工藝過程及參數(shù)，制做出填充型氟塑料復(fù)合密封墊圈。
無機(jī)纖維的加入，可改善密封墊片(圈)的物化性能。加入無機(jī)纖維的物種和比例較為靈活，加入幾種或一種占密封材料占量2%～20%的無機(jī)纖維，都能制做出密封墊圈和墊片，但其性能有所差異。通過研究認(rèn)為，加入無機(jī)纖維較理想的量是8%～12%，采用碳纖維、鈣鎂硅碳鹽和玻璃纖維的混合形式，比例可各占三分之一。
本發(fā)明的目的還可以通過下面的技術(shù)方法來達(dá)到，密封材料利用如前所述的氟塑料復(fù)合材料，在制做工藝上采用先模壓成型，再加溫?zé)岷系倪^程分步進(jìn)行。以15MPa～25MPa的壓力將復(fù)合材料與石棉隔膜布在模具中模壓成墊片，或直接采用復(fù)合材料模壓成墊圈，然后脫模對墊片、墊圈加溫?zé)岷?，升溫過程和溫度參數(shù)，也是按每小時200℃～400℃升溫，升至230℃～370℃，持溫半小時，冷卻即得。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點主要是(1)熱變形溫度、壓縮強(qiáng)度和壓縮彈性模量等主要性能指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中同類產(chǎn)品指標(biāo)，本發(fā)明密封墊片、墊圈用于水電解制氫(氧)裝置長期使用不發(fā)生蠕要及泄漏現(xiàn)象。(2)產(chǎn)品加工合格率由現(xiàn)有技術(shù)中的50%～60%提高到70%～80%，而且造價降低了15%～20%。
下面是本發(fā)明的一個實施例。取聚全氟乙丙烯5份，聚四氟乙烯4份，鈣鎂硅酸鹽。玻璃纖維和碳纖維按1∶1∶1的比例占總料量的1份，在混合器中攪動半小時，使其混合均勻，即為氟塑料復(fù)合材料。把石棉布剪為直徑800mm的圓片，置于模具中，在模具內(nèi)石棉布的周邊均勻鋪上1000g的復(fù)合密封材料。初步加壓3.0MPa，接通電源使模具以每小時300℃的升溫速度加熱，當(dāng)模具溫度指示到350℃時，持溫加壓到23MPa，持壓30分鐘，關(guān)閉加熱電源給模具通水降至室溫，脫膜即為墊片。
下表是本發(fā)明實施例A測得性能參數(shù)與現(xiàn)有技術(shù)中單一的聚全氟乙丙烯密封墊片B的性能對比情況測試項目 A B熱變形溫度(℃) 71 85球壓痕強(qiáng)度(MPa) 21.6 28.5壓縮強(qiáng)度(MPa) 11 25壓縮彈性模量(MPa) 223 46權(quán)利要求
1.一種填充型氟塑料復(fù)合密封墊片和墊圈，與目前的單一氟塑料或石棉橡膠板制成的密封墊片相比，其特征在于密封材料為填充型氟塑料復(fù)合材料，配方是以30%～90%的聚全氟乙丙烯或乙烯與四氟乙烯的共聚物為主要成份，加入8%～50%的聚四氟乙烯和2%～20%的無機(jī)纖維；墊片和墊圈采用熱合模壓或先模壓再熱合的工藝成型，熱合模壓是根據(jù)電解槽體的尺寸和形狀裁剪好石棉隔膜布置于能加熱的模具中，把以上述比例混合好的復(fù)合密封材料均勻地鋪在石棉布的周邊，初步加壓1.5MPa～3.0MPa，電加熱使模具以每小時2000℃～400℃速度升溫，當(dāng)溫度升到230℃～370℃時，加壓到15MPa～25MPa，持壓半小時，冷至室溫，脫模即得墊片；墊圈的制做是直接將復(fù)合密封材料均勻地鋪在模具內(nèi)熱合模壓成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充型氟塑料復(fù)合密封墊片和墊圈，其特征在于無機(jī)纖維可用碳纖維，鈣鎂硅酸鹽和玻璃纖維，也可用其中的兩種或一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的填充型氟塑料復(fù)合密封墊片和墊圈，其特征在于成型工藝也可采用先模壓成型再熱合的過程分步進(jìn)行，以15MPa～25MPa的壓力將復(fù)合密封材料與石棉隔膜布模壓成墊片或直接采用復(fù)合密封材料模壓成墊圈，然后脫模對墊片、墊圈加溫?zé)岷希郎剡^程和溫度參數(shù)與權(quán)利要求1所述相同。
全文摘要
一種填充型氟塑料復(fù)合密封墊片和墊圈，主要用于雙極性壓濾式電解槽及化工行業(yè)中其它類似環(huán)境的密封技術(shù)領(lǐng)域。其特點是采用聚全氟乙丙烯或乙烯與四氟乙烯的共聚物，加入聚四氟乙烯和無機(jī)纖維混合物作為復(fù)合密封材料；經(jīng)過熱合模壓成型的工藝過程制成密封墊片或墊圈，具有熱變形溫度高、彈性模量大、抗堿腐蝕能力強(qiáng)、密封性能好，使用壽命長的優(yōu)點，加工成品率提高20％左右，造價降低15％～20％。
文檔編號C09K3/12GK1109088SQ9410317
公開日1995年9月27日 申請日期1994年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月23日
發(fā)明者巴俊洲, 張香圃, 李永和, 吳文宏 申請人:中國船舶工業(yè)總公司第七研究院第七一八研究所