CN101880973A - 一种丁腈夹布橡胶及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种丁腈夹布橡胶及其制备方法与应用。本发明所述的丁腈夹布橡胶是在单位面积重量为550～600g/m2，厚度为0.62～0.66mm棉帆布上涂覆丁腈橡胶混炼胶制备而成，得到的丁腈夹布橡胶厚度为0.8～0.85mm，丁腈橡胶混炼胶质量百分比含量为38～42％。本发明首先通过制备丁腈橡胶混炼胶，然后把丁腈橡胶混炼胶溶解在溶剂中制成胶浆，再把胶浆涂覆到棉帆布上制成丁腈夹布橡胶。本发明所述的丁腈夹布橡胶粘合强度大、贮存稳定性好，将其制成的V形圈，单件产品高度极差小，尺寸稳定性优良，可用于高度尺寸精密的液压缸活塞和活塞杆上。
Description
技术领域
本发明属于橡胶密封技术领域，特别涉及一种丁腈夹布橡胶及其制备方法于应用。本发明的丁腈夹布橡胶适用于制造高度尺寸精密的液压缸活塞和活塞杆上起单向密封作用的组合V形圈。
背景技术
V形组合圈是截面为V形的密封件，它是由一件压环、数件密封环和一件支撑环所组成的组合体，密封环起密封作用，使用时必须将这三部分有机结合起来，重叠使用。V形组合圈用途十分广泛，可密封轴或孔，可应用于高低压水压、油压机器，特别适用于高压力、大直径、长冲程等苛刻工况条件。
V形密封圈的密封环常用材料有纯橡胶、夹布橡胶、塑料、皮革等。夹布橡胶结构可以切开装配，能承受较高的工作压力；纯橡胶结构不能切开装配，承压能力低。
丁腈夹布橡胶是制造V形组合密封圈的过程中应用最为普遍和广泛的材料，一般是由棉帆布浸渍丁腈橡胶胶浆，经溶剂挥发干燥制造而成。丁腈夹布橡胶经模压硫化获得单个V形密封圈。塑料、金属类V形圈经由机械加工获得，其尺寸精密控制比较容易。纯橡胶V形圈也是由橡胶混炼胶模压硫化获得。橡胶通常具有流动性能好，充模能力强的特点，在模压硫化过程中，模具分型面上溢出是纯橡胶飞边，通常仅有0.03～0.05mm的厚度，且整个V形圈沿圆周方向容易形成厚度均匀一致的飞边，所有橡胶V形圈高度尺寸精密控制也是比较容易的。丁腈夹布橡胶作为一种复合材料，棉帆布起到骨架支撑作用，丁腈橡胶混炼胶分布在棉帆布表面，经、维线之间间隙以及浸渍到纤维内部。这种复合材料厚度一般在0.45～0.65mm之间，单位面积重量通常为400～600g/m2，其中，橡胶所占重量为30～50％。如果橡胶含量进一步提高，则硫化后V形圈的硬度及刚度下降，降低了组合V形圈承受高压的能力。由于橡胶含量不高，夹布材料流动性能差，充模能力弱，在丁腈夹布橡胶模压硫化成型V形圈过程中，模具分型面上溢出的是夹布飞边，它是棉纤维和橡胶的混合物，飞边厚度一般在0.08～0.15mm之间；整个V形圈圆周方向飞边厚度也不均匀。这样夹布V形圈在制造过程中，高度尺寸方面就容易存在两个问题：一是由于飞边厚度大，产品高度会高于模具型腔的配合高度，出现产品垫高现象；二是由于飞边厚度不均匀特性，整个产品沿圆周方向的高度也不均匀。如前所述，V形圈是多件组合使用，不能单独使用，一般是3件、5件、7件或者9件组合使用。由于单件V形圈高度尺寸难以精密控制，多件组合以后，往往会出现总高度超过设计公差以及组合后产品圆周方向高度偏差大的问题。在模具型腔高度设计上采用取下公差预补偿的方法，可以缓解一些总高度超差方面问题，但不能从根本上解决问题，而且这种模具补偿方法不能解决产品高度沿圆周方向均匀一致的问题，仍会存在单边或局部高度超差或不足的现场。
申请号为“200710031582.X”、发明名称为“一种氟橡胶夹布组合V形密封圈及其制备方法”的专利申请介绍了一种氟橡胶夹布组合V形密封圈及其制备方法，实用新型专利ZL03221646.7中公开了一种耐高温高压的氟橡胶夹布组合V形圈，但这些专利中都没有涉及到如何制造高度尺寸精密的夹布V形圈的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种丁腈夹布橡胶，用于制造尺寸易于精密控制的夹布组合V形密封圈。
本发明的另一目的在于提供一种丁腈夹布橡胶的制备方法。
本发明的再一目的在于提供所述丁腈夹布橡胶的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种丁腈夹布橡胶，是在单位面积重量为550～600g/m2，厚度为0.62～0.66mm棉帆布上涂覆丁腈橡胶混炼胶制备而成，得到的丁腈夹布橡胶厚度为0.8～0.85mm，丁腈橡胶混炼胶质量百分比含量为38～42％；
所述丁腈橡胶混炼胶由下述质量份数的原料制成：丁腈橡胶80～90份、液体丁腈橡胶10～20份、氧化锌3～5份、硬脂酸0.5～1.5份、2-硫醇基苯并咪唑(防老剂MB)0.5～1.5份、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体(防老剂RD)0.5～1.5份、沉淀白炭黑15～30份、填充剂20～70份、间苯二酚1.5～3份、六甲氧基甲基蜜胺1～3份、4-4’-二硫化二吗啉(促进剂DTDM)2～4份、二硫化二苯并噻唑(促进剂DM)1.0～2.5份、二硫化四甲基秋兰姆(促进剂TMTD)1～3份和二硫化四丁基秋兰姆(促进剂TBTD)0.5～2份。
所述的单位面积重量为550～600克/m2，厚度为0.62～0.65mm棉帆布是一种典型的厚而紧密型的棉帆布，经纬线之间编织紧密，帆布不透光。当丁腈橡胶涂覆在棉帆布上时候，胶料主要附着在帆布表面，因此制备的丁腈夹布橡胶厚度较坯布显著增加。此外，紧密型棉帆布单位面积重量大，在设计含胶率固定情况下，单位面积上涂敷的橡胶重量也必须随之增大，随着单位面积橡胶重量增加，最终丁腈夹布橡胶厚度也随之增加。本发明所制备的丁腈夹布橡胶厚度较原坯布厚度增加0.18～0.20mm。
而疏松型棉帆布，涂敷胶料主要填充在经线、纬线之间的间隙中，而不是覆盖在棉帆布表面；此外疏松型棉帆布单位面积重量小，达到设计含胶率所需要的单位面积涂覆胶料的重量也随之减少，因此用疏松型棉帆布制成的丁腈夹布橡胶的厚度相对于原坯布基本不变或仅略有增加，一般情况下厚度增加仅有0.05mm左右。
在模压硫化V形圈过程中，采用本发明的夹布橡胶，由于夹布上纯橡胶层较厚，其流动性能远远大于厚实的棉帆布，所以在模具分型面上会形成纯橡胶飞边，帆布不会被挤出形成飞边，这样就避免了产品垫高、高度不均匀的现象。
所述的丁腈橡胶是丙烯腈质量百分比含量为33～35％，100℃下门尼黏度ML1+4为30～45的生胶。
所述液体丁腈橡胶的丙烯腈质量百分含量为28～33％、数均分子量为2500～3500。
橡胶是一种合成的高分子材料，棉纤维是一种天然高分子材料，在制备丁腈夹布橡胶过程中，两种材料充分润湿和混合有利于产品寿命的提高。由于本发明选用棉帆布是厚而紧密型的，与薄而疏松棉帆布相比，棉纤维与橡胶充分浸润的难度显著增大，为了解决这一问题，本发明选用低门尼的丁腈橡胶和液体丁腈橡胶并用方式，充分利用液体丁腈橡胶粘结能力强，分子量小，易于扩散特点，使之与棉纤维充分润湿和混合。
间甲白系统是橡胶和织物粘结最常用的粘合系统，棉纤维本身与橡胶就具有优良的粘结能力，一般不需要额外使用粘合系统。为了弥补本发明中厚夹布润湿困难，以及胶料主要集中在棉帆面表面而带来的橡胶和帆布粘合不足的问题，所以还增加了间苯二酚、六甲氧基甲基蜜胺、沉淀白炭黑等组分，提高橡胶和棉纤维的粘结能力。
填充剂一般用来提高橡胶的硬度和强度，以及改善其加工性能。本发明所述的填充剂优选硅藻土、硫酸钡、碳酸钙、滑石粉、炭黑中的一种或几种。
本发明采用无硫、有效硫化系统，目的是改善制品在较高温度下的应力松弛性能，保持长久的密封力；另一方面，与含硫黄的有效硫化系统相比，无硫硫化系统具有更高的加工安全性，所制备的丁腈夹布橡胶可在阴冷干燥环境下贮存6个月而不发生焦烧。这样有利于本发明实施过程中，一次较大批量制造丁腈夹布橡胶，减少了分批制造所带来的胶料，溶剂等损耗大的问题。
一种丁腈夹布橡胶的制备方法，首先将上述质量份数的原料制成丁腈橡胶混炼胶，然后把混炼胶溶解在混合溶剂中制成胶浆，再把胶浆涂覆到棉帆布上制成丁腈夹布橡胶。
所述丁腈夹布橡胶的制备方法，包括下述步骤：
(1)丁腈橡胶混炼胶的制备
按如下配方备料(质量份数)：丁腈橡胶80～90份、液体丁腈橡胶10～20份、氧化锌3～5份、硬脂酸0.5～1.5份、2-硫醇基苯并咪唑(防老剂MB)0.5～1.5份、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体(防老剂RD)0.5～1.5份、沉淀白炭黑15～30份、填充剂20～70份、间苯二酚1.5～3份、六甲氧基甲基蜜胺1～3份，4-4’-二硫化二吗啉(促进剂DTDM)2～4份、二硫化二苯并噻唑(促进剂DM)1.0～2.5份、二硫化四甲基秋兰姆(促进剂TMTD)1～3份和二硫化四丁基秋兰姆(促进剂TBTD)0.5～2份；将上述原料加入混炼设备中混炼均匀得到丁腈橡胶混炼胶；
(2)丁腈夹布橡胶的制备
取上述丁腈橡胶混炼胶，薄通成0.5～2mm薄片，分隔成条状后与混合溶剂加入搅拌机中，搅拌2～4小时后得到丁腈胶浆，其中混合溶剂由如下质量比的溶剂组成：乙酸乙酯∶乙酸丁酯＝2∶1～1.5，丁腈橡胶混炼胶与混合溶剂的质量比为1∶3～3.5；将所得到的丁腈橡胶胶浆涂敷于单位面积重量为550～600克/m2，厚度为0.62～0.65mm棉帆布上，干燥后得到厚度为0.8～0.85mm的丁腈夹布橡胶。
在制备丁腈胶浆时，丁腈混炼胶与混合溶剂的质量比为1∶3.0～3.5。浓度过高，胶料大部分覆盖在坯布的两面，内部纱线间含量较少，不利于对坯布的充分润湿，影响硫化后制品的刚度和挺性；浓度过稀，坯布的挂胶量降低，制品泛白，不易达到设计的含胶率。
所述丁腈夹布橡胶应用于橡胶密封技术领域，适用于制造高度尺寸精密的液压缸活塞和活塞杆上起单向密封作用的组合V形圈。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
(1)采用本发明所述的丁腈夹布橡胶制作而成的V形圈高度和尺寸均匀，不存在垫高现象；
(2)本发明所述的丁腈夹布橡胶，橡胶与帆布粘结强度高，有利于改善制品的使用寿命；
(3)本发明所述的丁腈夹布橡胶贮存周期长，便于批量制造，长期贮存。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1～3和对比例1～4按照以下步骤进行：
(1)丁腈橡胶混炼胶的制备：所用的成分和用量如表1所示，按橡胶工业中混炼胶常规生产工艺，使用开炼机或者密炼机混炼均匀后，得到丁腈橡胶混炼胶，共制备得到6种丁腈橡胶混炼胶。
(2)丁腈夹布橡胶的制备：将步骤(1)得到的丁腈橡胶混炼胶薄通成0.5～2mm薄片，分隔成条状后与混合溶剂置于搅拌机中，搅拌2～4小时后得到丁腈胶浆，将所得到的丁腈橡胶胶浆涂敷于棉帆布上，棉帆布的种类如表2所示；其中，混合溶剂的配比和用量，所使用的丁腈橡胶混炼胶种类和用量，所使用棉帆布的种类以及得到的丁腈夹布橡胶厚度如表3所示。
(4)检测：检测结果如表3所示。从表3看出，本发明有效地将单位面积重量为550～600g/m2，厚度为0.62～0.66mm的棉帆布和适合于润湿该棉帆布的丁腈橡胶混炼胶结合起来，得到粘结强度高、橡胶在棉布表面和内部重量分布合理的丁腈夹布橡胶。
表1：6种丁腈混炼胶的配方(质量份数)
| 项目 | H-1 | H-2 | H-3 | H-4 | H-5 | H-6 |
| PERBUNAN3445① | 80 | - | - | 80 | - | - |
| JSR N230SV② | - | 90 | 85 | - | 100 | 85 |
| 液体丁腈-40③ | 20 | - | 15 | 20 | - | 15 |
| Nipol N-30L④ | - | 10 | - | - | - | - |
| 氧化锌 | 3 | 4 | 5 | 3 | 4 | 5 |
| 硬脂酸 | 1.5 | 1.0 | 0.5 | 1.5 | 1.0 | 0.5 |
| 防老剂MB | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 0.5 | 1.0 | 1.5 |
| 防老剂RD | 1.5 | 1.0 | 0.5 | 1.5 | 1.0 | 0.5 |
| 沉淀白炭黑 | 15 | 20 | 30 | 15 | 20 | - |
| N330炭黑 | 5 | 30 | 20 | 40 | 30 | 20 |
| 碳酸钙 | 35 | 30 | 20 | 30 | 20 |
| 项目 | H-1 | H-2 | H-3 | H-4 | H-5 | H-6 |
| 硅藻土 | 30 | - | - | - | 20 | |
| 间苯二酚 | 1.5 | 2.0 | 3.0 | 1.5 | 2.0 | 3.0 |
| 六甲氧基甲基蜜胺 | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 1.0 | 2.0 | 3.0 |
| 促进剂DTEM | 2 | 3 | 4 | 2 | 3 | 4 |
| 促进剂DM | 1.0 | 2.0 | 2.5 | 1.0 | 2.0 | 2.5 |
| 促进剂TMTD | 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | 1 |
| 促进剂TBTD | 0.5 | 1 | 2 | - | 1 | 2 |
| 硫黄 | - | - | - | 0.4 | - | - |
| 促进剂CBS | - | - | - | 2.0 | - | - |
注释：①PERBUNAN 3445 Lanxess公司产品，ACN含量35％门尼黏度32。②N230SV
JSR公司产品，ACN含量35％门尼黏度32。③液体丁腈-40兰化公司产品，ACN含量35％，分子量3000-3500。④Nipol N-30L日本瑞翁公司液体丁腈橡胶。
表2棉帆布的种类
| 项目 | M-1 | M-2 | M-3 | M-4 |
| 厚度，mm | 0.62 | 0.66 | 0.56 | 0.45 |
| 单位面积重量，g/m2 | 553 | 597 | 288 | 290 |
表3实施例1～3和对比例1～4制备的丁腈夹布橡胶及其产品性能
注释：①试样的制备与测试按照GB/T 532-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶与织物粘合强度的测定》。②阴冷，干燥环境。③采用影像仪测量④单件产品，影像仪取8个点数值，最大值减最小值获得极差。
从表3中可以看出：
(1)实施例1与对比例1相比，由于M-1棉帆布重量和厚度远远大于M-4，所以当含胶率都基本控制在40％附近时候，实施例1厚度可以达到0.80mm，而对比例1厚度只有0.52mm，从硫化V形圈高度尺寸稳定性上来看，实施例1明显优于参比例1。
(2)实施例2与对比例3相比，使用丁腈橡胶混炼胶配方不同，H-5与H-2相比省略了液体橡胶，从其丁腈夹布橡胶粘合强度来看，显著下降，后者只有前者55.6％，表现了液体橡胶对M-2型厚棉帆布的充分润湿方面是不可缺少的。
(3)对比例2与实施例1～3相比，对比例2使用混炼胶H-4是硫黄硫化；而实施例1～3中配方H-1、H-2、H-3均为无硫黄硫化系统，从制备丁腈夹布混炼胶贮存安全性来看，实施例1～3显著优于对比例2。
(4)实施例3于对比例4相比，实施例3采用的H-3配方采用了沉淀白炭黑与配方中间苯二酚，六甲氧基甲基蜜胺构成了完整的间甲白粘合系统；而对比例4使用H-6配方没有使用沉淀白炭黑，从丁腈夹布粘合强度来看，对比例4只有实施例3的60％左右，表现了间甲白粘合系统对于改善M-1型厚棉帆布的粘合性能方面是不可缺少的。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种丁腈夹布橡胶，其特征在于：所述丁腈夹布橡胶是在单位面积重量为550～600g/m2，厚度为0.62～0.66mm棉帆布上涂覆丁腈橡胶混炼胶制备而成，得到的丁腈夹布橡胶厚度为0.8～0.85mm，丁腈橡胶混炼胶质量百分比含量为38～42％；
所述的丁腈橡胶混炼胶由下述按质量份数计的成分制成：
丁腈橡胶 80～90份
液体丁腈橡胶 10～20份
氧化锌 3～5份
硬脂酸 0.5～1.5份
2-硫醇基苯并咪唑 0.5～1.5份
2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体 0.5～1.5份
沉淀白炭黑 15～30份
填充剂 20～70份
间苯二酚 1.5～3份
六甲氧基甲基蜜胺 1～3份
4-4’-二硫化二吗啉 2～4份
二硫化二苯并噻唑 1.0～2.5份
二硫化四甲基秋兰姆 1～3份
二硫化四丁基秋兰姆 0.5～2份。
2.根据权利要求1所述的丁腈夹布橡胶，其特征在于：所述的丁腈橡胶是丙烯腈质量百分比含量为33～35％，100℃下门尼黏度ML1+4为30～45的生胶。
3.根据权利要求1所述的丁腈夹布橡胶，其特征在于：所述液体丁腈橡胶的特征为丙烯腈质量百分比含量为28～33％的、数均分子量为2500～3500。
4.根据权利要求1所述的丁腈夹布橡胶，其特征在于：所述的填充剂为硅藻土、硫酸钡、碳酸钙、滑石粉或炭黑中的至少一种。
5.权利要求1～4任一项所述丁腈夹布橡胶的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)丁腈橡胶混炼胶的制备
将80～90质量份丁腈橡胶、10～20质量份液体丁腈橡胶、3～5质量份氧化锌、0.5～1.5质量份硬脂酸、0.5～1.5质量份2-硫醇基苯并咪唑、0.5～1.5质量份2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体、15～30质量份沉淀白炭黑、20～70质量份填充剂、1.5～3质量份间苯二酚、1～3质量份六甲氧基甲基蜜胺、2～4质量份4-4’-二硫化二吗啉、1.0～2.5质量份二硫化二苯并噻唑、1～3质量份二硫化四甲基秋兰姆和0.5～2质量份二硫化四丁基秋兰姆混炼均匀，得到丁腈橡胶混炼胶；
(2)丁腈夹布橡胶的制备
取步骤(1)制备的丁腈橡胶混炼胶薄通成0.5～2mm薄片，分隔成条状后与混合溶剂混合，搅拌2～4小时后得到丁腈胶浆，其中所述的混合溶剂由乙酸乙酯和乙酸丁酯按质量比2∶1～1.5混合制成，丁腈橡胶混炼胶与混合溶剂的质量比为1∶3～3.5；将所得到的丁腈橡胶胶浆涂敷于单位面积重量为550～600克/m2，厚度为0.62～0.65mm棉帆布上，干燥后得到厚度为0.8～0.85mm的丁腈夹布橡胶。
6.权利要求1～4任一项所述丁腈夹布橡胶的应用，其特征在于：所述的丁腈夹布橡胶应用于橡胶密封技术领域。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述丁腈夹布橡胶应用于制造高度尺寸精密的液压缸活塞和活塞杆上起单向密封作用的组合V形圈。
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