ПАРОНИТ
PARONITE

Изобретение относится к паронитам, предназначенным для уплотнения плоских неподвижных уплотняемых поверхностей, эксплуатирующимся при температуре окружающей среды (без нагрева).
6
Аналогом заявляемого изобретения является паронит, включающий несколько плоских параллельных слоев из полимерного композита, в полимерной матрице которого размещены частицы наполнителя или наполнителей, при этом для каждой линии ортогонального сечения паронита при максимальном эксплуатационном сжатии паронита сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины паронита на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителя по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала (см. патент РФ №2136505, МПК B32B 25/02, 1999 г.). Существенные признаки аналога «включающий несколько слоев из полимерного композита, в полимерной матрице которого размещены частицы наполнителя или наполнителей, при этом для каждой линии ортогонального сечения паронита при максимальном эксплуатационном сжатии паронита сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является высокая сжимаемость паронита, обуславливающая необходимость значительного перемещения уплотняемых поверхностей при монтаже уплотнения и значительную деформацию прокладки, что негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках уплотнительного узла, особенно в случае уплотнения типа «шип-паз», где возможность боковой деформации ограничена.
7
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является паронит, включающий несколько плоских параллельных слоев из полимерного композита, в полимерной матрице которого размещены частицы наполнителя или наполнителей, при этом для каждой линии ортогонального сечения паронита при максимальном эксплуатационном сжатии паронита сумма длин сечений этой линией частиц наполнителя меньше толщины паронита на величину, большую суммы удлинений частиц наполнителей по этой линии при максимальном эксплуатационном нагреве материала, и для каждого слоя паронита частицы твердых наполнителей и волокнистых наполнителей размещены по длине слоя так, что сумма длин сечений частиц по каждой линии сечения паронита в плоскости слоев с учетом суммарного теплового удлинения частиц по этим линиям меньше длины соответствующих линий сечения в пределах этого слоя (см. патент РФ №2205758, МПК B32B 33/00, 2003 г.). Существенные признаки наиболее близкого аналога «включающий несколько слоев из полимерного композита, в полимерной матрице которого размещены частицы наполнителя или наполнителей, при этом частицы твердых наполнителей и волокнистых наполнителей размещены по длине слоя так, что сумма длин сечений частиц в плоскости слоев» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком наиболее близкого аналога также является высокая сжимаемость паронита, обуславливающая необходимость значительного перемещения уплотняемых поверхностей при монтаже уплотнения и значительную деформацию прокладки, что в уплотнениях типа «шип-паз», где возможность боковой деформации прокладки ограничена, может привести к разрушению прокладки.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик уплотнительного узла за счет снижения необходимого монтажного перемещения уплотняемых поверхностей и снижения деформируемости прокладки путем снижения сжимаемости паронита.
Для достижения указанного технического результата в пароните, включающем несколько слоев из полимерного композита, в полимерной матрице которого размещены частицы наполнителя или наполнителей, для некоторых линий сечения паронита по длине слоев при максимальных эксплуатационных сжатии и нагреве паронита сумма длин сечений соответствующей линией частиц наполнителя или наполнителей соответствует или незначительно отличается от длины соответствующей линии сечения в пределах слоя.
Существенные признаки заявляемого изобретения «сумма длин сечений соответствующей линией частиц наполнителя или наполнителей соответствует или незначительно отличается от длины соответствующей линии сечения в пределах слоя» являются отличительными от признаков наиболее близкого аналога.
Паронит содержит несколько (два и более) плоских слоев из полимерного композита, содержащего полимерную матрицу (например, из вулканизата каучука) и наполнителя (единственного или представляющего собой смесь различных наполнителей, например, порошкообразных и волокнистого). При этом частицы наполнителей имеют такие размеры и так размещены внутри слоев сжатого паронита (при эксплуатационном сжатии) и нагретого паронита (при эксплуатационном нагреве), что не менее чем для 25% возможных линий сечения паронита в направлении слоев (продольно поверхности паронита) сумма длин сечений по соответствующей линии частиц наполнителя равна или приблизительно равна (незначительно отличается) длине соответствующей линии сечения в пределах слоя.
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 напонителей в паронитовом производстве используется раствор каучука в соответствующем растворителе (бензин БР-1, БР-2, этилацетат).
Конкретным примером заявляемого изобретения является паронит, выполненный из шести слоев из полимерного композита, содержащего 24 мас.% вулканизата каучука (продукта химического взаимодействия каучука и вулканизующего агента), 70 мас.% порошкообразных наполнителей и 6% волокнистого наполнителя. Размер частиц порошкообразных наполнителей не более 0,1 мм, волокнистых наполнителей 4-6 мм. При этом толщина слоев паронита ≈ 0,03 мм.
Изготавливаться заявляемый паронит может вальцеванием по традиционной технологии, при этом готовый продукт дополнительно подвергается сжатию, составляющему 70-75% эксплуатационного сжатия материала, например, посредством пропуска холодного паронита через вальцы с соответствующим зазором между валков. В результате необходимое монтажное перемещение паронита снижается на ≈12%.
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 антикоррозийных 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 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 складывающим 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 разных типов оборудования и различных прокладок устанавливается в пределах 130-160°C и продолжительность - от 30 до 75 мин.
Изготовление паронита с таким количеством и размерами частиц наполнителя, когда при максимальном эксплуатационном сжатии и максимальном эксплуатационном нагреве паронита (в продольном направлении слоев) сумма длин сечений частиц наполнителя по соответствующей линии длины примерно соответствует длине этой линии, значительно повышает сопротивление паронита к дальнейшему сжатию и предохраняет прокладку от чрезмерного сжатия. При этом требуется также и меньшее монтажное перемещение уплотняемых поверхностей, поскольку сжимаемость прокладки снижается, и она менее деформируется при нагрузках. В результате улучшаются эксплуатационные характеристики уплотнительного узла.