CN103289150B - 一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其是由以下质量份的原料组成：丁腈橡胶100份、氧化锌3.5~8份、硬脂酸1份、防老剂1.5~3.5份，减磨剂0.5~4.0份、炭黑60~115份、TP-95 2~10份、硫化剂0.3~1.0份、促进剂3.0~5.5份。该丁腈橡胶密封材料的制备方法为：将丁腈橡胶塑炼，再加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂进行混炼，混炼后再加入1/2炭黑继续混炼，再加入剩余炭黑和TP-95继续混炼，排胶料，翻炼，得一段混炼胶，将其停放，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入促进剂混炼，薄通打三角包，调整厚度下片。本发明所得的丁腈橡胶密封材料同时具有较好的耐寒性和耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料及其制备方法。
背景技术
丁腈橡胶（NBR）是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的，具有优良的耐油性（尤其是烷烃油）、较好的耐老化性能。因此，其广泛应用于各种隔膜、胶垫及密封圈制品。在密封件制品的使用过程中，在某些工况条件下由于工作环境的需要，除了要求制品具有优良的耐油性能及低压缩永久变形性能外，还要求具有非常好的低温耐寒性能，或者要求具有较好的耐磨性能及低的摩擦系数。在低温环境下工作的动态密封制品，更是要求材料同时具备以上几种性能。如果材料的压缩永久变形太大，会引起制品密封泄漏而失效；如果材料的低温性能不好，会引起制品的脆裂；如果材料的耐磨性能差，制品容易磨损，加速制品的失效；如果材料的摩擦系数过大，整个产品的启动力会大，同时产生大量的热加速制品的老化，密封制品的使用寿命受到很大的影响。所以，探索同时提高丁腈橡胶密封材料的耐寒性及耐磨性越来越受到人们的关注。
现有技术中，为了提高丁腈橡胶密封材料的耐寒性，一般选择采用低丙烯腈含量的NBR（或以低丙烯腈NBR为主并用耐寒性能好的天然橡胶或顺丁橡胶），以过氧化物或复合硫化体系硫化，同时使用大量的增塑剂（30份或更多）以及粒径较粗的炭黑。例如，吴健峰（“耐油耐低温丁腈橡胶的研制”，上海橡胶制品研究所，吴健峰，世界橡胶工业，第35卷第6期，第1～4页）采用复合硫化体系硫化，同时使用喷雾炭黑及30份增塑剂的办法来提高耐寒性，该配方压缩永久变形大于30%。李蒙等（“并用BR改进NBR耐油、低温性能的研究”，咸阳橡胶工业制品研究所，李蒙等，特种橡胶制品，第30卷第1期，第46～48页）采用复合硫化体系硫化，低丙烯腈含量的NBR并用BR，同时填充喷雾炭黑及30份增塑剂来改善丁腈橡胶的耐寒性能，该配方的耐油性能相对较差，压缩永久变形较大（22%，100℃*22h）。
现有的这些方法具有以下缺点：大量填充增塑剂以改善丁腈橡胶的耐寒性，会影响材料的加工稳定性，物理机械性能稳定性及材料的耐油性能；同时，材料的压缩永久变形性能比较差。
现有技术中，为了提高丁腈橡胶密封材料的耐磨性，一般选择采用高丙烯腈含量的丁腈橡胶、高耐磨炭黑，但这对胶料的耐磨性改善是有限的。黄新武等（“芳纶纤维增强丁腈橡胶的摩擦性能”，中国科学院研究生院，黄新武等，合成橡胶工业，第29卷第6期，第451～453页）采用表面改性芳纶段纤维并用半补强炭黑改善丁腈橡胶的耐磨性，可以降低材料的摩擦系数和摩擦损耗量。但这种方法需要对纤维进行表面处理，在很多工厂还比较难应用，同时进口芳纶纤维价格相对较贵，成本高。
现有技术中，提高丁腈橡胶耐寒性与提高耐磨性的方法在有些时候是冲突的。采用低丙烯腈含量NBR改善耐寒性与采用高丙烯腈NBR改善耐磨性相冲突，采用粒径较粗的炭黑改善耐寒性，会降低丁腈橡胶的耐磨性能等。因此，同时兼顾丁腈橡胶密封材料的耐寒性和耐磨性两项性能，这个课题是一个难点。
发明内容
本发明的目的在于一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其是由以下质量份的原料组成：丁腈橡胶100份、氧化锌3.5～8份、硬脂酸0.5-1.5份、防老剂1.5～3.5份，减磨剂0.5～4.0份、炭黑60～115份、TP-952～10份、硫化剂0.3～1.0份、促进剂3.0～5.5份。
所述丁腈橡胶的丙烯腈含量为26～28wt%。
所述的炭黑为高耐磨炭黑、中低耐磨炭黑中的至少一种；所述的高耐磨炭黑为N220、N330、N234中的至少一种；所述的中低耐磨炭黑为N550、N774、SP5000中的至少一种。
所述的减磨剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺中的至少一种。
所述的硫化剂为硫磺。
所述的促进剂为促进剂TT、促进剂CZ、促进剂DTDM、促进剂DM中的两种或三种组成。
一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
向密炼机中加入100份丁腈橡胶，在温度为20～50℃的条件下塑炼45～150秒后，加入上述质量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂进行混炼，混炼30～60秒后加入1/2炭黑继续混炼，混炼2～5分钟后加入剩余炭黑和TP-95继续混炼，混炼1～3分钟后在温度110～130℃条件下排出胶料，在翻料机上翻炼60～100秒，下片冷却得一段混炼胶；一段混炼胶在室温下停放8-10小时后，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入促进剂混炼3～5分钟，薄通打三角包，调整厚度下片。
本发明的有益效果是：1、本发明的丁腈橡胶密封材料的配伍合理，加入合理质量份的减磨剂，使丁腈橡胶密封件的摩擦系数进一步降低，提高了丁腈橡胶密封件的耐磨性能，同时不损害密封件的耐寒性能；2、本发明采用的增塑剂为环保型增塑剂TP-95，能赋予材料良好的工艺性能及耐寒性能，且其用量很少（在10份以下），有利于混炼过程的操作及质量控制，并对材料的耐磨性能影响不大；3、本发明采用高耐磨炭黑与中低耐磨炭黑协同并用，保证密封材料较高的物理机械性能，同时对材料的耐寒损害性能较小；4、本发明采用硫磺加促进剂硫化体系，合理调整配比，赋予材料良好的耐寒及耐磨性能，同时其加工操作性以及产品后处理工序容易。
具体实施方式
一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其是由以下质量份的原料组成：丁腈橡胶100份、氧化锌3.5～8份、硬脂酸0.5-1.5份、防老剂1.5～3.5份，减磨剂0.5～4.0份、炭黑60～115份、TP-952～10份、硫化剂0.3～1.0份、促进剂3.0～5.5份。
优选的，所述的丁腈橡胶密封材料包括以下质量份的成分为：丁腈橡胶100份、氧化锌4～6份、硬脂酸1份、防老剂2～3份，减磨剂1.0～3.0份、炭黑70～115份、TP-955～10份、硫化剂0.3～1.0份、促进剂3.5～5.0份。
对应的，该丁腈橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
向密炼机中加入100份丁腈橡胶，在温度为20～50℃的条件下塑炼45～150秒后，加入上述质量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂进行混炼，混炼30～60秒后加入1/2炭黑（即炭黑总质量的1/2）继续混炼，混炼2～5分钟后加入剩余炭黑和TP-95继续混炼，混炼1～3分钟后在温度110～130℃条件下排出胶料，在翻料机上翻炼60～100秒，下片冷却得一段混炼胶；一段混炼胶在室温下停放8-10小时后，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入促进剂混炼3～5分钟，薄通打三角包3次后，调整厚度下片。
所述丁腈橡胶的丙烯腈含量为26～28wt%。
所述的炭黑为高耐磨炭黑、中低耐磨炭黑中的至少一种；所述的高耐磨炭黑为N220、N330、N234中的至少一种；所述的中低耐磨炭黑为N550、N774、SP5000中的至少一种。
所述的减磨剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺中的至少一种，优选的，所述的减磨剂为油酸酰胺或芥酸酰胺。
所述的硫化剂为硫磺。
所述的促进剂为促进剂TT、促进剂CZ、促进剂DTDM、促进剂DM中的两种或三种组成。
下面结合具体实施例对本发明的配方做进一步的说明：
实施例1：
一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其配方组成如下表：
表1：耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的配方组成
实施例1中所述的防老剂由防老剂RD1.0份和防老剂MB0.5份组成；所述的减磨剂为油酸酰胺；所述的炭黑由炭黑N33030份和炭黑N77430份组成；所述的促进剂由促进剂TT1.8份、促进剂CZ1.0份和促进剂DM2.2份组成。
实施例2：
一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其配方组成如下表：
表2：耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的配方组成
实施例2中所述的防老剂由防老剂RD1.0份、防老剂4010NA0.5份和防老剂MB0.5份组成；所述的减磨剂为芥酸酰胺；所述的炭黑由炭黑N22020份和炭黑N33050份组成；所述的促进剂由促进剂TT2.0份和促进剂CZ2.0份组成。
实施例3：
一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其配方组成如下表：
表3：耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的配方组成
实施例3中所述的防老剂由防老剂RD1.5份、防老剂4010NA0.5份和防老剂MB1.5份组成；所述的减磨剂为芥酸酰胺；所述的炭黑由炭黑N23435份和炭黑N55045份组成；所述的促进剂由促进剂TT1.5份、促进剂DTDM2.6份和促进剂DM0.9份组成。
实施例4：
一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其配方组成如下表：
表4：耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的配方组成
实施例4中所述的防老剂由防老剂RD1.5份、防老剂4010NA0.5份和防老剂MB1.0份组成；所述的减磨剂为芥酸酰胺；所述的炭黑由炭黑N33030份和炭黑SP500060份组成；所述的促进剂由促进剂TT1.5份和促进剂CZ1.5份组成。
实施例5：
一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其配方组成如下表：
表5：耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的配方组成
实施例5中所述的防老剂由防老剂RD1.0份、防老剂4010NA0.5份和防老剂MB0.5份组成；所述的减磨剂为油酸酰胺；所述的炭黑由炭黑N22035份、炭黑N33020份和炭黑SP500060份组成；所述的促进剂由促进剂TT1.6份、促进剂CZ2.4份和促进剂DTDM1.5份组成。
对比例1：
一种密封材料，其配方组成如下表：
表6：耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的配方组成
对比例1中所述的防老剂由防老剂RD1.5份、防老剂MB1.0份和防老剂4010NA0.5份组成；所述的减磨剂为芥酸酰胺；所述的炭黑由炭黑SP500040份和喷雾炭黑65份组成；所述的软化剂为DBP；所述的促进剂由促进剂TT1.8份、促进剂CZ1.0份和促进剂DM2.2份组成。
对比例2：
一种密封材料，其配方组成如下表：
表7：耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的配方组成
对比例2中所述的防老剂由防老剂RD2.0份、防老剂MB0.5份和防老剂4010NA0.5份组成；所述的炭黑由炭黑N55040份和SP500080份组成；所述的软化剂为DBP（邻苯二甲酸二丁酯）；所述的促进剂由促进剂TT2.0份、促进剂DTDM2.0份和促进剂DM2.5份组成。
分别用实施例1和对比例1的配方制备混炼胶的方法
向密炼机中加入丁腈橡胶，在温度为20℃的条件下塑炼120秒后，加入上述质量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂、硫磺进行混炼，混炼50秒后加入1/2炭黑继续混炼，混炼2分钟后加入剩余炭黑和软化剂继续混炼，混炼1分钟后在温度110℃条件下排出胶料，在翻料机上翻炼60秒，下片冷却得一段混炼胶。一段混炼胶在室温下停放8小时后，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入促进剂混炼4分钟，薄通打三角包3次后，调整厚度下片。
用实施例2的配方制备混炼胶的方法
向密炼机中加入丁腈橡胶，在温度为40℃的条件下塑炼60秒后，加入上述质量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂进行混炼，混炼45秒后加入1/2炭黑继续混炼，混炼3分钟后加入剩余炭黑和TP-95继续混炼，混炼2分钟后在温度110℃条件下排出胶料，在翻料机上翻炼70秒，下片冷却得一段混炼胶。一段混炼胶在室温下停放8小时后，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入硫磺和促进剂混炼3分钟，薄通打三角包3次后，调整厚度下片。
分别用实施例3与实施例4的配方制备混炼胶的方法
向密炼机中加入丁腈橡胶，在温度为50℃的条件下塑炼4秒后，加入上述质量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂进行混炼，混炼50秒后加入1/2炭黑继续混炼，混炼5分钟后加入剩余炭黑和TP-95继续混炼，混炼2分钟后在温度130℃条件下排出胶料，在翻料机上翻炼100秒，下片冷却得一段混炼胶。一段混炼胶在室温下停放8小时后，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入硫磺和促进剂混炼4分钟，薄通打三角包3次后，调整厚度下片。
分别用实施例5与对比例2的配方制备混炼胶的方法
向密炼机中加入丁腈橡胶，在温度为20℃的条件下塑炼150秒后，加入上述质量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂进行混炼，混炼30秒后加入1/2炭黑继续混炼，混炼4分钟后加入剩余炭黑和软化剂继续混炼，混炼3分钟后在温度130℃条件下排出胶料，在翻料机上翻炼80秒，下片冷却得一段混炼胶。一段混炼胶在室温下停放8小时后，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入硫磺（有硫磺时）和促进剂混炼3分钟，薄通打三角包3次后，调整厚度下片。
用以上的方法制得的混炼胶，停放24小时后，在开炼机中返炼，再在平板硫化机上于180℃硫化5分钟，得到丁腈橡胶硫化胶。随机抽取实施例1-5和对比例1-2制备的丁腈橡胶硫化胶样品，对其性能进行对比，对比结果如表8所示：
表8实施例1-5和对比例1-2制备的丁腈橡胶硫化胶性能
从表8中可以看出：加入减磨剂后，材料的摩擦系数可以得到有效的降低，摩擦磨损量有一定程度的下降；低耐磨炭黑摩擦系数大，摩擦磨损量大，高耐磨炭黑摩擦系数相对小，摩擦磨损量较小，采用高耐磨与中低耐磨炭黑并用，在有效改善材料耐磨性的同时，对材料耐寒性能的影响降低。
Claims (9)
1.一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其特征在于：其是由以下质量份的原料组成：丙烯腈含量为26-28%的丁腈橡胶100份、氧化锌3.5份、硬脂酸1份、防老剂1.5份，减磨剂4.0份、炭黑60份、TP-95 5份、硫磺 0.55份、促进剂 5.0份；其中：所述的防老剂由防老剂RD 1.0份和防老剂MB 0.5份组成；所述的减磨剂为油酸酰胺；所述的炭黑由炭黑N330 30份和炭黑N774 30份组成；所述的促进剂由促进剂TT 1.8份、促进剂CZ 1.0份和促进剂DM 2.2份组成。
2.一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其特征在于：其是由以下质量份的原料组成：丙烯腈含量为26-28%的丁腈橡胶100份、氧化锌4份、硬脂酸1份、防老剂2.0份，减磨剂1.0份、炭黑70份、TP-95 8份、硫磺 1份、促进剂 4.0份；其中：所述的防老剂由防老剂RD 1.0份、防老剂4010NA 0.5份和防老剂MB 0.5份组成；所述的减磨剂为芥酸酰胺；所述的炭黑由炭黑N220 20份和炭黑N330 50份组成；所述的促进剂由促进剂TT 2.0份和促进剂CZ 2.0份组成。
3.一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其特征在于：其是由以下质量份的原料组成：丙烯腈含量为26-28%的丁腈橡胶100份、氧化锌5份、硬脂酸1份、防老剂3.5份，减磨剂1.5份、炭黑80份、TP-95 2份、硫磺 0.25份、促进剂 5.0份；其中：所述的防老剂由防老剂RD 1.5份、防老剂4010NA 0.5份和防老剂MB 1.5份组成；所述的减磨剂为芥酸酰胺；所述的炭黑由炭黑N234 35份和炭黑N550 45份组成；所述的促进剂由促进剂TT 1.5份、促进剂DTDM 2.6份和促进剂DM 0.9份组成。
4.一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其特征在于：其是由以下质量份的原料组成：丙烯腈含量为26-28%的丁腈橡胶100份、氧化锌6份、硬脂酸1份、防老剂3.0份，减磨剂2.0份、炭黑90份、TP-95 8份、硫磺 1.0份、促进剂 3.0份；其中：所述的防老剂由防老剂RD 1.5份、防老剂4010NA 0.5份和防老剂MB 1.0份组成；所述的减磨剂为芥酸酰胺；所述的炭黑由炭黑N330 30份和炭黑SP5000 60份组成；所述的促进剂由促进剂TT 1.5份和促进剂CZ 1.5份组成。
5.一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料，其特征在于：其是由以下质量份的原料组成：丙烯腈含量为26-28%的丁腈橡胶100份、氧化锌8份、硬脂酸1份、防老剂2.0份，减磨剂3.0份、炭黑115份、TP-95 10份、硫磺 0.5份、促进剂 5.5份；其中：所述的防老剂由防老剂RD 1.0份、防老剂4010NA 0.5份和防老剂MB 0.5份组成；所述的减磨剂为油酸酰胺；所述的炭黑由炭黑N220 35份、炭黑N330 20份和炭黑SP5000 60份组成；所述的促进剂由促进剂TT 1.6份、促进剂CZ 2.4份和促进剂DTDM 1.5份组成。
6.权利要求1所述的一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
向密炼机中加入丁腈橡胶，在温度为20℃的条件下塑炼120秒后，加入上述质量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂、硫磺进行混炼，混炼50秒后加入1/2炭黑继续混炼，混炼2分钟后加入剩余炭黑和软化剂TP-95继续混炼，混炼1分钟后在温度110℃条件下排出胶料，在翻料机上翻炼60秒，下片冷却得一段混炼胶；一段混炼胶在室温下停放8小时后，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入促进剂混炼4分钟，薄通打三角包3次后，调整厚度下片。
7.权利要求2所述的一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
向密炼机中加入丁腈橡胶，在温度为40℃的条件下塑炼60秒后，加入上述质量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂进行混炼，混炼45秒后加入1/2炭黑继续混炼，混炼3分钟后加入剩余炭黑和TP-95继续混炼，混炼2分钟后在温度110℃条件下排出胶料，在翻料机上翻炼70秒，下片冷却得一段混炼胶；一段混炼胶在室温下停放8小时后，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入硫磺和促进剂混炼3分钟，薄通打三角包3次后，调整厚度下片。
8.权利要求3或4所述的一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
向密炼机中加入丁腈橡胶，在温度为50℃的条件下塑炼4秒后，加入上述质量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂进行混炼，混炼50秒后加入1/2炭黑继续混炼，混炼5分钟后加入剩余炭黑和TP-95继续混炼，混炼2分钟后在温度130℃条件下排出胶料，在翻料机上翻炼100秒，下片冷却得一段混炼胶；一段混炼胶在室温下停放8小时后，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入硫磺和促进剂混炼4分钟，薄通打三角包3次后，调整厚度下片。
9.权利要求5所述的一种耐寒耐磨的丁腈橡胶密封材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
向密炼机中加入丁腈橡胶，在温度为20℃的条件下塑炼150秒后，加入上述质量份的氧化锌、硬脂酸、防老剂、减磨剂进行混炼，混炼30秒后加入1/2炭黑继续混炼，混炼4分钟后加入剩余炭黑和软化剂TP-95继续混炼，混炼3分钟后在温度130℃条件下排出胶料，在翻料机上翻炼80秒，下片冷却得一段混炼胶；一段混炼胶在室温下停放8小时后，在开炼机上加入混炼胶至包辊，加入硫磺和促进剂混炼3分钟，薄通打三角包3次后，调整厚度下片。
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