一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料及其製備方法和應用的製作方法

2023-07-19 01:27:26

一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明屬於高分子材料【技術領域】，公開了一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料及其製備方法。本發明橡膠密封材料以混煉型聚氨酯為主體材料，並用少量丁腈橡膠或氯醚橡膠，配加補強劑、增塑劑、防粘劑、脫模劑、吸酸劑、酮胺類防老劑、二苯胺類防老劑、咪唑類防老劑、過氧化物和助交聯劑等輔助材料，通過開煉機或密煉機混煉而成。使用本發明製備的密封製品耐低溫與耐油的平衡性較好，其中玻璃化轉變溫度Tg可達-40℃以下，耐天候老化性能優異，同時兼具良好的綜合性能，使用壽命長。
【專利說明】一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料及其製備方法和應用

【技術領域】
[0001] 本發明屬於高分子材料【技術領域】，特別涉及一種耐油、耐低溫、耐候橡膠密封材料 及其製備方法和應用。 技術背景
[0002] 密封件是密封裝置的重要組成部分之一，其性能決定了安裝有密封裝置的機械的 運轉條件。在寒冷地區對密封件耐低溫性能的要求較高，而耐低溫性能與耐油性能是一對 矛盾體，這裡指的耐油性主要針對潤滑油、液壓油等分子極性較弱的油品。根據相似相容原 理，橡膠分子極性越強，小分子油品對其的滲透性越差，耐油性越好，而分子極性越強使分 子間的相互作用越大，對分子鏈及鏈段的運動的束縛力也就越大，使得玻璃化轉變溫度Tg 升高，從而使橡膠在一定低溫下保持彈性的能力減弱，即耐低溫性能變差。要達到耐低溫性 和耐油性的良好平衡，橡膠基體中的極性鏈段和柔性鏈段的長度及比例至關重要。臭氧可 與不飽和雙鍵發生反應而使其斷裂，因而飽和橡膠的耐臭氧性能要優於不飽和橡膠，以耐 臭氧性能來表徵耐候性，所以要獲得良好的耐候性，應儘量選擇飽和或飽和成分較多的橡 膠基體。橡膠製品的性能除了和橡膠基體本身的性質有關，還與配合體系有密切聯繫。本 發明特點在於耐油與耐低溫的平衡性較好，耐候性能優異，同時兼具良好的綜合性能，加工 工藝簡便，易於工業化生產。
[0003] 申請號為201310349219. 8的專利申請"一種風機旋轉軸密封用的膠料"公開了一 種以三元共聚氯醚橡膠為主體材料，同時並用少量聚醚混煉型聚氨酯橡膠，再配以炭黑、聚 己二酸酯、自潤滑材料、硬脂酸、硬脂酸鉀、防老劑、過氧化物、Ν，Ν' -間苯撐雙馬來醯亞胺， 4-羥基-2, 2, 6, 6-四甲基哌啶-1-氧自由基等材料製備風機旋轉軸密封用膠料的方法。該 材料具有較好的耐低溫、耐磨損、耐長期天候老化和自潤滑性等特點。該專利以三元共聚氯 醚橡膠為主體連續相，以聚醚型混煉型聚氨酯為分散相，主要體現氯醚橡膠的性能，雖具有 上述性能特點，但過氧化物硫化的三元共聚氯醚橡膠力學性能較差，尤其是拉伸強度和回 彈性，其玻璃化轉變溫度也高於聚醚型混煉型聚氨酯。相比之下，本發明則是以聚醚型混煉 型聚氨酯為主體連續相，以丁腈橡膠或氯醚橡膠為分散相，主要體現聚氨酯的性能，所製備 的材料在保持耐天候、耐油和耐磨等特點的情況下，力學性能大大改善，耐低溫性能更好。
[0004] 申請號為201310273382. 0的專利申請"一種矽橡膠/聚氨酯橡膠複合液壓密封 墊及其製備方法"公開了一種矽橡膠與聚氨酯橡膠並用同時添加經改性的矽灰石，再配以 2, 5-二甲基-2, 5-二叔丁基過氧化己烷、二苯基矽二醇、六甲基二矽氮烷和氣相法白炭黑 等原料製備密封墊的方法。其製備的密封材料具有優異的力學性能、耐油性、耐磨性及耐高 溫性等性能。但其製備過程較為複雜，且矽橡膠門尼粘度與聚氨酯橡膠相差較大，二者難以 共混均勻；另外，矽橡膠比例較高時，難以製備高硬度的製品。
[0005] 申請號為201310162884. 6的專利申請"一種耐寒耐磨的丁腈橡膠密封材料及其 製備方法"公開了一種利用丁腈橡膠製備密封材料的方法。該發明採用的是丙烯腈含量為 26?28%的丁腈橡膠，配以氧化鋅、硬脂酸、防老劑、減磨劑、增塑劑、硫化劑和促進劑等材 料。所製得硫化膠具有優異的耐低溫性能和耐磨性能，但由於只採用不飽和的丁腈橡膠，耐 臭氧等性能遠不如聚氨酯橡膠、氯醚橡膠等飽和橡膠。
[0006] 申請號為201110189885. 0的專利"用於耐臭氧耐低溫密封圈的丁腈橡膠/三元乙 丙橡膠"公開了一種採用丁腈橡膠、三元乙丙橡膠、增容劑氯化聚乙烯、防老劑2-硫醇基苯 並噻唑、硬脂酸、石蠟、增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯、炭黑550、陶土、偶聯劑γ-氨丙基三乙氧 基矽烷、高苯乙烯、中和劑三羥甲基甲胺、交聯劑過氧化二異丙苯、助交聯劑三羥甲基丙烷 三甲基丙烯酸酯和助交聯劑三烯丙基異氰脲酸酯製備密封圈的方法。相比於只採用丁腈橡 膠，採用丁腈橡膠和三元乙丙橡膠並用可有效提高製品的耐臭氧性能和耐低溫性能，拓寬 使用溫度範圍，提高工藝性能，降低成本。但丁腈橡膠與三元乙丙橡膠極性差異較大，相容 性較差，不易共混均勻，硫化膠撕裂性能較差；三元乙丙橡膠屬非極性橡膠，會降低耐油性 能；不飽和的丁腈橡膠的比例較大時，製品的耐臭氧、熱氧老化性能相對較差。
[0007] 申請號為201110153990. 9的專利"耐熱耐臭氧耐壓變汽車密封件橡膠材料的 製備方法"公開了一種採用丁腈橡膠/聚氯乙烯樹脂並用，同時配有過氧化二異丙苯、 Ν，Ν' -間苯撐雙馬來醯亞胺、2, 2, 4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體、2-巰基苯並咪唑、 Ν-異丙基-Ν' -苯基對苯二胺、石蠟潤滑劑製備汽車密封件的方法。由該發明製備的硫化 膠兼具耐熱、耐臭氧和耐壓變的性能，但力學性能和耐低溫性能較差。
[0008] 申請號為01815437. 9的專利"由聚氨酯和橡膠彈性體組成的複合材料，用於得到 它的方法及其用途"公開了一種製備聚氨酯彈性體和橡膠彈性體複合材料的方法。使用該 方法製備的材料具有良好的機械性能，同時兼備阻燃、防水和絕緣等性能。但該發明只是聚 氨酯彈性體與橡膠共混，並未涉及二者之間的共硫化，此外該發明的材料也沒有涉及耐低 溫、耐油、耐臭氧和耐壓縮永久變形等性能特點。
[0009] 以上專利或專利申請並未涉及在達到共硫化的條件下以聚醚型混煉型聚氨酯為 主體連續相，以丁腈橡膠或氯醚橡膠為分散相的複合材料。


【發明內容】

[0010] 為了克服現有技術的缺點和不足，本發明的首要目的在於提供一種耐油耐低溫耐 候橡膠密封材料。該密封材料兼具耐油性、耐低溫性和耐候性，其中硫化膠玻璃化轉變溫度 Tg可達-40°c以下，並且綜合性能優異的橡膠密封材料，明顯改善密封製品耐油與耐低溫 的平衡性，提高耐天候性能，拓寬使用條件，延長使用壽命。
[0011] 本發明的另一目的在於提供上述耐油耐低溫耐候橡膠密封材料的製備方法。
[0012] 本發明的再一目的在於提供上述耐油耐低溫耐候橡膠密封材料的應用。
[0013] 本發明目的通過以下技術方案實現：
[0014] 一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料，該橡膠密封材料由以下按質量份數計的原料 製備而成：
[0015] Μ煉增聚鉍?指 70?95份 廠賭橡膠或氣鍵橡膠 5-30# 炭黑 20-80份 醚+_炎增姻側 1-25# 吸酸劑 1~10份 防粘劑 1~5份 _胺類防老劑 0.5?5份 :米胺.炎防老劑 0.5~5份 咪唑類防老劑 0.5?5份 過氣化物 0.5?5 ft 助交聯劑 0.5-5份。
[0016] 所述混煉型聚氨酯為聚醚型混煉型聚氨酯，門尼粘度為40?65,其合成單體為二 苯基甲烷二異氰酸酯（MDI)、聚四氫呋喃和α-烯丙基甘油醚。
[0017] 所述丁腈橡膠中丙烯腈質量含量為18?25%，門尼粘度為40?65 ;所述氯醚橡 膠為三元共聚氯醚橡膠，其三種共聚單體分別為環氧乙烷、環氧氯丙烷和烯丙基縮水甘油 醚，其中環氧乙烷的質量分數為13?31 %，環氧氯丙烷質量分數為65?76%，烯丙基縮水 甘油醚的質量分數為2?5%，門尼粘度為50?100。
[0018] 所述炭黑為快壓出爐黑Ν550、通用爐黑Ν660和半補強爐黑Ν774中至少一種；
[0019] 所述醚酯類增塑劑為己二酸二（丁氧基乙氧基乙）酯和己二酸聚酯中至少一種；
[0020] 所述吸酸劑為氧化鎂和氧化鈣中至少一種；
[0021] 所述防粘劑為硬脂酸、硬脂酸鈣、脂肪酸皂類和脂肪酸醯胺中至少一種。
[0022] 所述酮胺類防老劑為2, 2, 4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體；所述二苯胺類防老 劑為二苯胺取代衍生物；所述咪唑類防老劑為2-巰基苯並咪唑；
[0023] 所述過氧化物為過氧化二異丙苯、二叔丁基過氧化物、1，1-二叔丁基過氧 基-3, 3, 5-三甲基環己烷、1，4-雙叔丁基過氧異丙基苯中至少一種；
[0024] 所述助交聯劑為1，2-聚丁二烯、Ν，Ν' -間苯撐雙馬來醯亞胺、三烯丙基異氰脲酸 酯、雙官能度丙烯酸酯、三官能團甲基丙烯酸酯中至少一種。
[0025] 上述耐油耐低溫耐候橡膠密封材料的製備方法，按照以下操作步驟：
[0026] (1)將混煉型聚氨酯薄通7?10次，丁腈橡膠或三元共聚氯醚橡膠薄通4?7次 後共混均勻，得到橡膠混合物；
[0027] (2)先將炭黑、吸酸劑和防粘劑共混均勻，再將其加入到橡膠混合物中，然後依次 加入醚酯類增塑劑、酮胺類防老劑、二苯胺類防老劑、咪唑類防老劑、助交聯劑和過氧化物， 共混至均勻；交替打三角包和打卷各三次後出片即得耐油耐低溫耐候橡膠密封材料。
[0028] 上述的一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料的製備方法，還可以按照以下操作步 驟：
[0029] (1)將丁腈橡膠或三元共聚氯醚橡膠，與混煉型聚氨酯一起在密煉機中共混1? 3min ；
[0030] (2)加入炭黑、吸酸劑、防粘劑和醚酯類增塑劑，共混3?7min ;
[0031] (3)加入酮胺類防老劑、二苯胺類防老劑、咪唑類防老劑、助交聯劑和過氧化物後 共混3min後在開煉機上薄通5次後出片即得混煉膠。
[0032] 上述的一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料在製備橡膠密封件中的應用。
[0033] 本發明的原理：聚醚型混煉型聚氨酯具有較好的耐油、耐低溫和耐天候性能，力學 性能優異；丁腈橡膠具有優異的耐油、耐低溫性能，壓縮永久變形低。三元共聚氯醚橡膠壓 縮永久變形低、耐油性能好；採用兩兩並用的方法取長補短，從而得到具有較好的耐低溫和 耐候性能，同時綜合性能優異的膠料。
[0034] 本發明所得耐油耐低溫耐候橡膠密封材料性能經測試，範圍如下表1 :
[0035] 表1耐油耐低溫耐候橡膠密封材料性能測試結果
[0036]

【權利要求】
1. 一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料，其特徵在於：該橡膠密封材料由以下按質量份 數計的原料製備而成： 混煉型聚氨酯 70-95份 + Γ腈橡膠或氯謎橡膠 5?30份 炭黑 20?80份 _酯類增塑劑 1-25份 吸ft劑 i?10份 防粘劑 1?5份 酗胺類防老劑 0.5-5份 ?:苯胺類防老劑 0.5?5份 味唑類防老劑 0.5?5份 過氧化物 0.5?5份 助交聯劑 0.5?5份。
2. 根據權利要求1所述的一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料，其特徵在於：所述混煉 型聚氨酯為聚醚型混煉型聚氨酯，門尼粘度為40?65,其合成單體為二苯基甲烷二異氰酸 酯、聚四氫呋喃和α-烯丙基甘油醚。
3. 根據權利要求1所述的一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料，其特徵在於：所述丁腈 橡膠中丙烯腈質量含量為18?25%，門尼粘度為40?65 ;所述氯醚橡膠為三元共聚氯醚 橡膠，其三種共聚單體分別為環氧乙烷、環氧氯丙烷和烯丙基縮水甘油醚，其中環氧乙烷的 質量分數為13?31%，環氧氯丙烷質量分數為65?76%，烯丙基縮水甘油醚的質量分數 為2?5%，門尼粘度為50?100。
4. 根據權利要求1所述的一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料，其特徵在於：所述炭黑 為快壓出爐黑Ν550、通用爐黑Ν660和半補強爐黑Ν774中至少一種； 所述醚酯類增塑劑為己二酸二（丁氧基乙氧基乙）酯和己二酸聚酯中至少一種； 所述吸酸劑為氧化鎂和氧化鈣中至少一種； 所述防粘劑為硬脂酸、硬脂酸鈣、脂肪酸皂類和脂肪酸醯胺中至少一種。
5. 根據權利要求1所述的一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料，其特徵在於： 所述酮胺類防老劑為2, 2, 4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體；所述二苯胺類防老劑為 二苯胺取代衍生物；所述咪唑類防老劑為2-巰基苯並咪唑； 所述過氧化物為過氧化二異丙苯、二叔丁基過氧化物、1，1-二叔丁基過氧 基-3, 3, 5-三甲基環己烷、1，4-雙叔丁基過氧異丙基苯中至少一種； 所述助交聯劑為1，2-聚丁二烯、Ν，Ν'-間苯撐雙馬來醯亞胺、三烯丙基異氰脲酸酯、雙 官能度丙烯酸酯、三官能團甲基丙烯酸酯中至少一種。
6. 根據權利要求1所述的一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料的製備方法，其特徵在於 按照以下操作步驟： (1) 將混煉型聚氨酯薄通7?10次，丁腈橡膠或三元共聚氯醚橡膠薄通4?7次後共 混均勻，得到橡膠混合物； (2) 先將炭黑、吸酸劑和防粘劑共混均勻，再將其加入到橡膠混合物中，然後依次加入 醚酯類增塑劑、酮胺類防老劑、二苯胺類防老劑、咪唑類防老劑、助交聯劑和過氧化物，共混 至均勻；交替打三角包和打卷各三次後出片即得耐油耐低溫耐候橡膠密封材料。
7. 根據權利要求1所述的一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料的製備方法，其特徵在於 按照以下操作步驟： (1) 將丁腈橡膠或三元共聚氯醚橡膠，與混煉型聚氨酯一起在密煉機中共混1? 3min ； (2) 加入炭黑、吸酸劑、防粘劑和醚酯類增塑劑，共混3?7min ; (3) 加入酮胺類防老劑、二苯胺類防老劑、咪唑類防老劑、助交聯劑和過氧化物後共混 3min後在開煉機上薄通5次後出片即得混煉膠。
8. 根據權利要求1所述的一種耐油耐低溫耐候橡膠密封材料在製備橡膠密封件中的 應用。
【文檔編號】C08K3/04GK104086980SQ201410281338
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】肖風亮, 王勇, 陳朝暉, 劉建文 申請人:廣州機械科學研究院有限公司