摩擦密封材料中石棉的判定分析

张 振，朱绵鹏，石志刚

（1.咸阳非金属矿研究设计院有限公司，陕西 咸阳 712021；2.国家非金属矿制品质量监督检验中心，陕西 咸阳 712021）

摩擦密封材料中石棉的判定分析

张 振1，朱绵鹏2，石志刚2

（1.咸阳非金属矿研究设计院有限公司，陕西 咸阳 712021；2.国家非金属矿制品质量监督检验中心，陕西 咸阳 712021）

随着科学技术的不断提升及国家政策的导向，摩擦密封材料中无石棉化已经得到长远的发展，虽然生产企业中已经不再使用石棉作为原材料，但是成品的检验中仍然检测出石棉成分，使得生产企业无所适从。本文分析了石棉检测的标准和判定依据，并介绍了摩擦密封材料的原材料中容易引起误判的各种情况。

摩擦密封材料；石棉；检测；标准

1 引言

我国规定摩擦密封材料中禁止使用石棉，但是在对外出口的成品中仍然检测出石棉，使得企业不得不清退产品，蒙受巨大的损失。为了彻底杜绝石棉的影响，就要从摩擦密封材料的所有原材料入手，把可能有影响的材料剔除，保证产品的质量。经过长期的检测，发现部分原材料中可能含有石棉，或者检测过程中有可能引起误判的一些情况，对此进行详细讨论。

石棉是天然的纤维状的硅酸盐类矿物的总称，大致可以分为6个种类：温石棉/白石棉(Chrysotile)、青石棉/蓝石棉(Crocidolite)、铁石棉(铁闪石/棕石棉/镁铁闪石/铁门石)(Amosite/Grunerite)、直闪石石棉(Anthophyllite)、透闪石石棉(Tremolite)、阳起石石棉(Actinolite)。由于石棉具有出色的物理和化学性能，在全球范围内曾得到广泛运用，石棉曾经作为增强纤维在摩擦密封材料的配方中经常出现，有些配方中使用的比例超过40%，其重要程度可见一斑。

2 石棉检测方法及标准

2.1 检测方法

根据国家标准 GB/T23263-2009《制品中石棉含量测定方法》[1]，该标准中采用X-射线衍射仪(XRD)和偏光显微镜(PLM)对石棉进行联合检测。

XRD原理为每种矿物都具有其特定的X-射线衍射数据和图谱，其衍射峰的强度与其含量成正比关系，据此来判断试样中是否含有某种石棉矿物和测定其含量。该方法可辨石棉种类，并进行定量分析。XRD检测石棉用样量小、重现性好、快速有效，是目前各国石棉检测普遍采用的方法之一。

PLM原理为每种矿物都具有其特定矿物光性和形态特征，通过偏光显微镜观测矿物晶体形态、折光率、干涉色、2V角、延性、颜色、多色性、解理、轮廓、糙面、克线、突起等特征鉴定石棉矿物。在偏光显微镜观下，温石棉为细长纤维，呈浅黄绿色或低正突出至低负突出，折光率为1.540～1.550，理论上PLM最大放大1 000倍，可鉴定和分辨石棉直径＞0.25μm的石棉，因此也是目前各国鉴定石棉种类普遍采用的方法之一。国内外石棉检测多采用多种检测方法联合使用。XRD可以检测出石棉矿物，但是无法确认其形貌是否为纤维状，因此需要采用PLM进行确认。

2.2 检测标准和判定原则

在国家标准GB/T 23263-2009《制品中石棉含

量测定方法》中，对石棉的定义为：在构成岩石的矿物中，属于蛇纹石类的纤维状硅酸盐矿物(温石棉)以及属于角闪石类的纤维状硅酸盐矿物(铁石棉、蓝石棉、透闪石、阳起石及直闪石)。在这里“纤维”的定义是长径比为3以上的粒子。

在该标准中石棉含量的检测方法是：首先用X-射线衍射仪及偏光显微镜对试样进行定性分析，确认是否含有石棉；然后对于被定义为“含有石棉”的试样，根据X-射线衍射分析方法，进行石棉的定量分析。

对于试样中是否含有石棉的认定方法如下：

(1) 在X-射线衍射分析结果中，出现了石棉衍射特征峰，无论其强弱，只要出现了一个或一个以上特征峰，同时在偏光显微镜的定性分析结果中，3个样本合计3 000个粒子中，石棉的纤维状粒子≥4个，则认为该试样中含有石棉。

(2) 在X-射线衍射分析结果中，没有出现石棉衍射特征峰，但是在偏光显微镜的定性分析结果中，3个样本合计3 000个粒子中，石棉的纤维状粒子≥4个，则认为该试样中含有石棉。

(3) 在X-射线衍射分析结果中，虽然出现了石棉衍射特征峰，但是在偏光显微镜的定性分析结果中，3个样本合计3 000个粒子中，石棉的纤维状粒子＜4个，则还要按照偏光显微镜定性分析方法再次进行分析。再分析的结果中，如果石棉纤维状粒子仍＜4个，则认为该试样中不含石棉；如果石棉纤维状粒子≥4个，则认为该试样中含有石棉。

(4) 在X-射线衍射分析结果中，没有出现石棉衍射特征峰，而且在偏光显微镜的定性分析结果中，3个样本合计3 000个粒子中，石棉的纤维状粒子＜4个，则认为该试样中不含石棉。

3 摩擦密封材料的原材料分析

摩擦密封材料的原材料有几十种，每种矿物都有其特定的XRD衍射图谱，在这些特定的图谱中，最为关键的是衍射角(2θ)和衍射峰强度(CPS)以及晶面间距(d)值。在XRD衍射的图谱中，要确定是否为这种矿物，需要确定其三强峰的匹配和晶面间距的一一对应，摩擦密封材料中经常出现的石棉为斜纤维蛇纹石，其衍射角(2θ)=12.111°和晶面间距(d ) =7.302，见图1和图2。

3.1 制备样品

图1 斜纤维蛇纹石XRD图谱

图2 斜纤维蛇纹石正交偏光

按照标准的要求制备平整的样品，如果制备的样品太过密实或松散，都会对得出的试验数据产生影响，如何确定松散程度有一个方法，在摩擦密封材料中一般都含有石英，石英具有稳定的特性，清晰的峰值，可以用石英作为内标物质。只要石英的2θ和d 值对应准确，就可以确定此时的样品制备较为合适。

3.2 样品的纯度

摩擦密封材料的原材料中大多数的主要成分含量可以保证，比如原材料包装写的为重晶石含量＞80%，实际的检测中重晶石的含量是80%左右，剩余的部分一般为石英、方解石、长石、高岭石等矿物，这就对产品的配方提出了更高的要求，既要计算其主要成分，又要知道其他的成分分析。这里需要特别注意的是如果这剩余的20%中含有石棉，企业一般很难察觉，只能依靠矿山企业提供的检验依据，而矿山企业和摩擦密封材料生产企业一般都不具备检测手段，这就是成品中含有少量石棉的主要原因。

3.3 原材料的影响

对摩擦材料中大部分的原材料进行检验发现，各个产地的原材料虽然成分上存在较大的差异，纯度也有所不同，有石棉影响的一般为以下几种物质。

(1) 海泡石。

海泡石是一种具层链状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，虽然和石棉同为硅酸盐类矿物，但是两者的XRD衍射图谱差异较大，很容易进行区分，之所以特别提出来是因为在过去的检测中，时常会出现原材

料海泡石中含有少量石棉，类似的矿物材料还有水镁石，这些材料导致企业最终产品含有石棉，所以很多企业已经不再使用海泡石作为原材料。

(2) 玻璃纤维。

玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。玻璃纤维比有机纤维耐温高、不燃、抗腐、隔热、抗拉强度高，通常作为复材料中的增强材料，作为石棉的替代产品正在逐渐推广，玻璃纤维不属于晶体结构，但是这种玻璃纤维在XRD图谱中恰好遮盖住了斜纤维蛇纹石的最强峰，见图3。对于结果的判定产生了影响。故而不建议在产品中使用这种纤维。

图3 具有遮蔽效应的玻璃纤维XRD图谱

(3) 高岭石。

高岭石是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸盐。它还包括地开石、珍珠石和埃洛石及成分类似但非晶质的水铝英石，因此它们属于粘土矿物。高岭石的最强峰和斜纤维蛇纹石的最强峰基本是重合的，并且它的其他峰值较密集，如果仅从最强峰和次强峰进行判断很容易造成误判的风险，但是其特有的特征三小峰(2θ介于34～40°之间)是斜纤维蛇纹石不具备的，见图4。

(4) 一种新的石棉。

这种石棉物质不属于标准中涵盖的种类，但就其种类而言应该也属于石棉类矿物，按照标准的定义既在X-射线衍射下属于蛇纹石，又在偏光显微镜下呈现石棉特征，并且长径比＞3，基于以上分析可以判定该物质为斜纤维蛇纹石，即为石棉，见图5和图6。

4 结语

图4 高岭石的XRD图谱

图5 新发现的石棉XRD图谱

图6 新发现的石棉的正交偏光图

摩擦密封材料中不是只有叫做“石棉”的材料才含有石棉，如果某种材料在X-射线衍射分析中出现了石棉衍射特征峰，又呈一定的纤维形态，那么这种材料极有可能会被判定含石棉。我们应该对石棉有更深入的探索，才能在无石棉化的进程中提高行业的整体水平。

[1]中国国家标准化管理委员会.GB/T 23263-2009制品中石棉含量测定方法[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]吴建鹏，杨长安，贺海燕.X-射线衍射物相定量分析[J].陕西科技大学学报，2005，23(5)：55-58.

[3]秦善.晶体学基础[M].北京：北京大学出版社，2004：18-33.

[4]陈克文，侯立兵，雷建斌.船用非金属材料的石棉检测方法浅谈[J].船舶工程，2009，33(6)：228-231.

Decision Analysis of Asbestos in Friction and Sealing Materials

ZHANG Zhen1, ZHU Mian-peng2, SHI Zhi-gang2
(1. Xianyang Research & Design Institute of Non-metallic Minerals Co., Ltd., Xianyang 712021, China; 2. China National Non-metallic Mineral Products Quality Inspection Test Center, Xianyang 712021, China)

With the improving of the technology and the national policy guide, no asbestos friction sealing materials has been greatly developed. The production enterprises are confused, they are no longer using asbestos as materials, but the asbestos in the finished products. This article has analyzed the standard and determined basis of the detection of asbestos, and introduced materials likely to lead to misjudge situations in the friction and sealing materials.

friction and sealing materials; asbestos; detection; standard

TQ176.73

A

1007-9386(2015)02-0028-03

2014-11-14