CN101747862A - 一种复合密封材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的密封材料，由芯板和复合于芯板两面的弹性膜层组成，所述芯板是经过表面处理日的金属或非金属，所述弹性膜层选自弹性发泡材料或非发泡材料，以机械或化学方式复合于芯板表面形成膜层。本发明密封材料的结构简单，具有优异的压缩回弹性能、极好的长期耐压密封性能和极低的蠕变松弛性能，较长的使用寿命和与密封面极好的配合性。

Description

一种复合密封材料及其制造方法

技术领域

本发明专利涉及一种密封材料及其制造方法，具体地说是一种非金属材料与金属或非金属复合所制成的密封材料及其制造方法。

背景技术

在各种机械、化工、冶金、交通和制药等装置和设备中，为了防制液体或气体等介质的泄漏，需要在设备或管道连接处提供密封件以确保连接无泄漏。为此，一般采用各种材料作为密封元件，常用的包括各种橡胶密封材料、柔性石墨材料、聚四氟乙烯材料以及各种金属-非金属复合材料。这些密封材料均具有一定的优缺点，如橡胶密封材料、聚四氟乙烯材料密封效果很好，但是抗蠕变松驰性能差，长期密封效果和使用寿命较差；柔性石墨密封效果和抗蠕变松驰效果较好，但是对介质和设备有一定的污染，且加工、安装不方便；现有的金属-非金属垫片一般具有较好的密封效果和使用寿命，但需要较高的密封比压，很难适用于机动车、设备、玻璃钢或塑料装置和管道的密封要求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种密封效果好、使用寿命长，具有一定重复使用性能的密封材料，特别适用于密封要求较高，但法兰密封表面质量较差，可提供的垫片比压较低的密封场合，如机动车、工业缝纫机、塑料及玻璃钢管道设备等的密封。

本发明还提供所述密封材料的制造方法。

本发明专利通过以下方案实现：一种复合密封材料，由芯板和复合于芯板两面的弹性膜层组成，芯板两面分别复合橡胶或塑料等非金属弹性材料，该弹性材料可以是一定厚度的膜层，该膜层主要是弹性发泡材料或非发泡材料。芯板表面需经过一定的表面处理，处理方法包括采用偶联剂、异氰酸酯类粘结剂或机械打毛等表面处理工艺以使芯板与弹性材料获得较好的结合力。

本发明包括：

1.以一定厚度的金属材料(包括不锈钢、碳钢、铜、铝合金等)或非金属材料(包括塑料、石棉橡胶板、特种纸板等)作为复合密封材料的芯板；

2.在芯板材料表面进行一定的化学或机械处理，对于金属芯板处理方式包括喷砂处理、化学活化处理、偶联剂处理、表面粘结剂处理等，较好的处理方法是表面喷砂处理与表面粘结剂处理的并用；对于非金属芯板可采用表面粘结剂处理，较好的处理用粘结剂主要是异氰酸酯类处理剂；

3.在芯板表面通过机械或化学方式复合一定厚度的弹性膜层，该膜层主要是弹性发泡材料或非发泡材料。该弹性膜层由弹性基体材料、无机填料、硫化剂、防老剂、增塑剂、促进剂、活性剂、发泡剂等，按一定比例混炼硫化而成，其组成及重量配比(以份计，在本发明中凡涉及配比均以重量配比份数计算)为：

a.弹性基体材料可以为丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚乙烯等；特别是丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶的一种或它们的混合物：40-70，优选55-65；

b.无机体质填料可以为碳黑、碳酸钙、滑石粉、氧化镁、硫酸钡的一种或它们的混合物：20-50，优选25-35；

c.硫化剂为硫或二硫化吗啡啉：0.03-0.1，优选0.05-0.08；

d.防老剂为N-苯基-β-萘胺(防老剂D)或N-苯基-N′-环己基对苯二胺(防老剂4010)中的一种或其混合物：0.05-0.6，优选0.2-0.5；

e.增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯(DBP)或磷酸三苯酯(TPP)：0.5-2.0，优选1.2-1.7；

f.硫化促进剂为二硫化四甲基秋兰姆(促进剂TT)及N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(促进剂CZ)：0.1-0.8，优选0.2-0.5；

g.活性剂为氧化锌及硬脂酸(CH3(CH2)16COOH)：0.5-1.5，优选0.8-1.4；

h.发泡剂为发泡剂H或发泡剂AC等：0-7，优选1-5；

本发明的方案之一为：丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶的一种或它们的混合物：40-70，碳黑5-30，碳酸钙3-10，滑石粉2-10，氧化镁1-5，硫酸钡2-5，硫或二硫化吗啡啉：0.03-0.1，防老剂D或防老剂4010中的一种或其混合物：0.05-0.6，DBP或TPP 0.5-2.0，促进剂CZ 0.05-0.40，促进剂TT 0.05-0.40，氧化锌0.35-1.5，硬脂酸0.05-0.50，发泡剂H 0-7。

本发明的优选的方案之一为：丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶的一种或它们的混合物：55-65，碳黑10-25，碳酸钙5-8，滑石粉5-8，氧化镁3-5，硫酸钡3-6，硫或二硫化吗啡啉：0.05-0.08，防老剂D或防老剂4010中的一种或其混合物：0.2-0.5，DBP或TPP 1.2-1.7，促进剂CZ 0.1-0.25，促进剂TT 0.1-0.25，氧化锌0.6-1.0，硬脂酸0.6-0.7，发泡剂H 1-5。

本发明密封材料的一种制备工艺为：

a.在芯板材料表面进行一定的化学或机械处理；

b.胶料混炼：将橡胶用开炼机塑炼后按硫化剂、无机填料、增塑剂、活性剂、防老剂、促进剂、发泡剂的顺序加入橡胶进行混炼，取混炼好的胶料成张为一定厚度的板材

c.经混炼的胶料用有机溶剂溶解并搅拌成胶浆，将胶浆均匀涂覆在经过处理的芯板表面，经干燥即得涂覆弹性体的复合板材；或将混炼好的胶料压延成薄膜后均匀复合于经过处理的芯板表面，即得涂覆弹性体的复合板材；

d.将干燥的复合板材在烘箱或平板硫化机上进行模压硫化，硫化压力为3-10MPa，硫化时间10-20min，硫化温度120-150℃，经硫化后的板材即为本发明的密封材料。

e.使用时按需要冲裁成所需规格装入密封法兰面中即可达到密封效果。

本发明的优点是：所制备的密封材料具有优异的压缩回弹性能、极好的长期耐压密封性能和极低的压缩永久变形性能，较长的使用寿命和与密封面极好配合性，可根据需要制备为密封垫片或板材，特别适用于密封要求较高，但密封法兰表面质量较差，可提供的垫片比压较低的密封场合，如机动车、工业缝纫机、塑料及玻璃钢管道设备等的密封。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中，1为芯板，2为弹性膜层。

图2是本发明的制备工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

将0.25mm厚碳钢板经喷砂处理后，在其表面均匀涂覆一层异氰酸酯溶液并干燥后备用。按重量比配置以下材料：丁腈橡胶：60，碳黑：12.5，碳酸钙：7，滑石粉：6，氧化镁：3，硫酸钡：4，硫：0.1，防老剂D：0.2，DBP：1.7，促进剂CZ：0.15，促进剂TT：0.15，氧化锌：1.0，硬脂酸：0.7，发泡剂H：3.5。将丁腈橡胶用开炼机塑炼后按硫、碳黑、碳酸钙、滑石粉、氧化镁、DBP、氧化锌、硬脂酸、防老剂D、促进剂CZ、促进剂TT、发泡剂H的顺序加入橡胶进行混炼，取混炼好的胶料成张为一定2mm厚的板材。将板材用甲苯溶解成胶浆，并将胶浆均匀涂覆于处理好的钢板表面干燥后在烘箱中于150℃下硫化15min即得本发明的密封板材。

实施例2

按以下重量比配置材料：丁腈橡胶：50，氯丁橡胶：20，碳黑：14，碳酸钙：7，硫：0.1，防老剂D：0.2，DBP：1.7，促进剂CZ：0.15，促进剂TT：0.15，氧化锌：1.0，氧化镁：1，硬脂酸：0.7，发泡剂H：4。按实施例1所述制备混炼胶，采用压延机使胶料均匀涂覆于实施例1所述处理完成的钢板表面，按实施例1方法进行硫化即得本发明的密封板材。

实施例3

将实施例2所制备的混炼胶料，均匀涂覆于表面经KH550偶联剂处理的不锈钢板表面，其余工艺按实施例2，即得本发明的密封板材。

实施例4

将0.2mm厚的聚乙烯板表面用异氰酸酯溶液处理后，按实施例2所述均匀复合混炼胶并硫化即得本发明的密封板材。

实施例5

将实施例1所制备的混炼胶料，均匀涂覆于表面仅经喷砂处理的碳钢板表面，其余工艺按实施例1，即得本发明的密封板材。

实施例6

将实施例1所制备的混炼胶料，均匀涂覆于表面仅经异氰酸酯粘结剂处理的碳钢板表面，其余工艺按实施例1，即得本发明的密封板材。

实施例7

表1所示为实施例1所制备的复合密封材料的基本性能以及与常用密封材料的性能比较。由表可见，所制备的复合密封材料与其它密封材料相比具有优异的压缩回弹性能，杰出的抗蠕变松弛性能和最好的密封性能。

表1

注1试验结果因试样厚度而有一定差异。

实施例8

表2是实施例1、实施例3、实施例5、实施例6所制备复合密封材料主要性能比较。由表可见，对芯板进行不同的表面处理，对压缩回弹性能、密封性能基本没有影响，但对材料的蠕变松弛性能、耐介质性能影响较为明显，综合采用表面喷砂处理和粘结剂处理的实施例1明显具有较其它处理方式更好的综合性能。

表2

Claims (10)

1.一种复合密封材料，其特征是，由芯板和复合于芯板两面的弹性膜层组成，所述芯板是经过表面处理的金属或非金属材料，所述弹性膜层为非金属膜层，选自弹性发泡材料或非发泡材料，以机械或化学方式复合于芯板表面。

2.根据权利要求1所述的复合密封材料，其特征是，芯板为金属芯板，选自不锈钢、碳钢、铜、铝合金之一种，其表面处理方式包括喷砂处理、化学活化处理、偶联剂处理、表面粘结剂处理。

3.根据权利要求2所述的复合密封材料，其特征是，表面处理方式包括表面喷砂处理与表面粘结剂处理的并用。

4.根据权利要求1所述的复合密封材料，其特征是，芯板为非金属芯板，选自塑料、石棉橡胶板、特种纸板之一种，其表面处理方式为表面粘结剂处理，所述粘结剂选自异氰酸酯类处理剂。

5.根据权利要求1所述的复合密封材料，其特征是，所述弹性膜层由弹性基体材料、无机填料、硫化剂、防老剂、增塑剂、促进剂、活性剂、发泡剂中之几种混炼硫化而成。

6.根据权利要求5所述的复合密封材料，其特征是，弹性基体材料选自丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚乙烯中之一种或几种，重量份数为40-70；无机体质填料选自碳黑、碳酸钙、滑石粉、氧化镁、硫酸钡中之一种或几种的混合物，重量份数为20-50；硫化剂为硫或二硫化吗啡啉：重量份数0.03-0.1；防老剂为N-苯基-β-萘胺或N-苯基-N′-环己基对苯二胺中的一种或其混合物：重量份数0.05-0.6；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或磷酸三苯酯：重量份数0.5-2.0；硫化促进剂为二硫化四甲基秋兰姆及N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺：重量份数0.1-0.8；活性剂为氧化锌及硬脂酸：重量份数0.5-1.5；发泡剂为发泡剂H或发泡剂AC：重量份数0-7。

7.根据权利要求5所述的复合密封材料，其特征是，弹性基体材料选自丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶的一种或它们的混合物，重量份数为55-65；无机体质填料可以为碳黑、碳酸钙、滑石粉、氧化镁、硫酸钡的一种或它们的混合物，重量份数为25-35；硫化剂为硫或二硫化吗啡啉，重量份数为0.05-0.08；防老剂为N-苯基-β-萘胺或N-苯基-N′-环己基对苯二胺中的一种或其混合物，重量份数为0.2-0.5；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或磷酸三苯酯，重量份数为1.2-1.7；硫化促进剂为二硫化四甲基秋兰姆及N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，重量份数为0.2-0.5；活性剂为氧化锌及硬脂酸，重量份数为0.8-1.4；发泡剂为发泡剂H或发泡剂AC：重量份数为1-5。

8.根据权利要求6或7任一所述的复合密封材料，其特征是，弹性膜层的组成为：丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶的一种或它们的混合物，重量份数为40-70，碳黑重量份数为5-30，碳酸钙重量份数为3-10，滑石粉重量份数为2-10，氧化镁重量份数为1-5，硫酸钡重量份数为2-5，硫或二硫化吗啡啉重量份数为0.03-0.1，N-苯基-β-萘胺或N-苯基-N′-环己基对苯二胺中的一种或其混合物的重量份数为0.05-0.6，邻苯二甲酸二丁酯或磷酸三苯酯的重量份数为0.5-2.0，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的重量份数为0.05-0.40，二硫化四甲基秋兰姆的重量份数为0.05-0.40，氧化锌重量份数为0.35-1.5，硬脂酸重量份数为0.05-0.50，发泡剂H重量份数为0-7。

9.根据权利要求8所述的复合密封材料，其特征是，弹性膜层的组成为：丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶的一种或它们的混合物：重量份数为55-65，碳黑重量份数为10-25，碳酸钙重量份数为5-8，滑石粉重量份数为5-8，氧化镁重量份数为3-5，硫酸钡重量份数为3-6，硫或二硫化吗啡啉重量份数为0.05-0.08，N-苯基-β-萘胺或N-苯基-N′-环己基对苯二胺中的一种或其混合物重量份数为0.2-0.5，邻苯二甲酸二丁酯或磷酸三苯酯的重量份数为1.2-1.7，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺重量份数为0.1-0.25，二硫化四甲基秋兰姆的重量份数为0.1-0.25，氧化锌重量份数为0.6-1.0，硬脂酸重量份数为0.6-0.7，发泡剂H重量份数为1-5。

10.如权利要求7至9任一所述的复合密封材料的制备工艺，包括以下步骤：

a.在芯板材料表面进行一定的化学或机械处理；

b.胶料混炼：将橡胶用开炼机塑炼后按硫化剂、无机填料、增塑剂、活性剂、防老剂、促进剂、发泡剂的顺序加入橡胶进行混炼，取混炼好的胶料成张为一定厚度的板材；

c.经混炼的胶料用有机溶剂溶解并搅拌成胶浆，将胶浆均匀涂覆在经过处理的芯板表面，经干燥即得涂覆弹性体的复合板材；或将混炼好的胶料压延成薄膜后均匀复合于经过处理的芯板表面，即得涂覆弹性体的复合板材；

d.将干燥的复合板材在烘箱或平板硫化机上进行模压硫化，硫化压力为3-10MPa，硫化时间10-20min，硫化温度120-150℃，经硫化后的板材即为本发明的密封材料；

e.使用时按需要冲裁成所需规格装入密封法兰面中即可达到密封效果。

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