CN104231636B - 一种改善硅橡胶制品压缩永久变形的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种改善了压缩永久变形性能的硅橡胶组合物，其特征在于包含以下组分：(1)、热硫化型硅橡胶；(2)、炭/二氧化硅双相填料；(3)、任选地，加工助剂；和(4)、硅橡胶交联剂。还提供了一种制备改善了压缩永久变形性能的硅橡胶组合物的方法。

Description

一种改善硅橡胶制品压缩永久变形的方法

技术领域

本发明涉及硅橡胶领域，特别涉及硅橡胶加工领域，更特别涉及改善硅橡胶制品压缩永久变形的方法。

背景技术

橡胶密封品在国防、化工、煤炭、石油、冶金、交通运输和机械制造工业中的应用越来越广泛，已成为各种行业中的基础部件和配件。主要用于防止流体介质从一个空间流入另一个空间，诸如从机械、仪表泄露出来。也防止外界灰尘、泥沙及气体进入密封机构内部。橡胶密封制品的使用条件比较复杂，要承受各种工作条件下的高温、高压和各种介质的侵蚀，并要求有良好的耐天候性、高弹性、密封的稳定性。在高温下使用的密封制品，其密封性主要取决于在高温下橡胶形变之后的永久变形。在使用介质中高温形变一定时间后的永久变形越小，密封性能越高。

在制造高温密封制品时，橡胶及其配合剂的选择十分重要。在橡胶中，硅橡胶具有突出的耐高低温、耐热、氧、臭氧及耐天然老化的特性。在-70～260℃的工作温度范围能保持其特有的使用弹性，并具有优异的抗臭氧和天候老化的优点，因此特别适宜制作高温条件下使用的器具中所需要的密封制品，诸如密封圈、密封垫、挤出型材等。由于硅橡胶单用时，物理机械性能堵如拉伸强度、拉伸应力、抗撕裂强度、硬度、模量均比较低，因此，在为了改善硅橡胶的物理机械性能，一般均在配方中加入大量的补强性填料。

在硅橡胶中常用的补强剂为二氧化硅，俗称白炭黑，它是细粒子物质。根据制造方法的不同可分为几大类。在硅橡胶中应用的主要是气相法白炭黑和沉淀法白炭黑。其中又以气相法白炭黑最为常用。白炭黑的使用可以大大改善硅橡胶抗张强度、抗撕裂强度、模量等物理机械性能。但是，随着白炭黑用量的增加，材料的压缩永久变形将大大增加，在高温下尤其如此。此外，由于白炭黑的表面极性较高，所以在极性较低的硅橡胶中的分散十分困难。因此为了使白炭黑在硅橡胶得到一定的分散度，必须增加混炼时间。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种在高温老化后仍能保持较低的压缩永久变形的硅橡胶组合物，本发明的另一方面目的是提供—种与混炼气相法白炭黑填充的硅橡胶胶料相比，混炼时间大大缩短的方法。

本发明所述硅橡胶组合物包含以下组分：

(1)、热硫化型硅橡胶；

(2)、炭/二氧化硅双相填料(CSDPF)；

(3)、加工助剂(非必需)；

(4)、硅橡胶交联剂。

其中，热硫化型硅橡胶可以是但不限于二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶中的一种或两种以上；炭/二氧化硅双相填料是卡博特公司采用独特的气相法工艺生产的填料。该填料由两相构成，即炭相和分散于炭相中的二氧化硅相(微区)。商业化产品有两种，即CSDPF2000和4000。CSDPF2000的硅含量低、二氧化硅表面覆盖率小并分布在整个聚结体中。CSDPF4000的硅含量高，二氧化硅集中在表面，表面覆盖率高。加工助剂可以是含有羟基或含硼原子的低分子有机硅化合物，包括但不限于羟基硅油、烷氧基硅烷类，包括烷氧基低分子硅氧烷、硅氨烷类，诸如环状硅氨烷、含硼硅氧烷等。硅橡胶交联剂是有机过氧化物，包括但不限于过氧化二异丙苯(DCP)，2,5一二甲基一2,5一二(叔丁基过氧基)已烷(双25)，过氧化双(2，4一二氯苯甲酰)(双24)、过氧化苯甲酰等。

本发明所述硅橡胶组合物中，热硫化型硅橡胶的用量为100重量份，炭/二氧化硅双相填料的用量为15-70重量份，优选4045重量份，加工助剂的用量为0-15重量份，优选2-10重量份，硅橡胶交联剂的用量为0.2-5重量份，优选1-3重量份。

本发明的硅橡胶组合物还任选地包含各种橡胶添加剂，如油、防老剂、偶联剂、阻燃剂、染料、颜料，其用量为0.2-6重量份。

本发明制备上述硅橡胶组合物的方法如下：

将热硫化型硅橡胶和1/3的炭/二氧化硅双相填料加入密炼机内混炼，1-10分钟，优选1-5分钟，最优选1分钟后将其余填料和所有加工助剂加入并在100-140℃，优选110-130℃的温度下混炼2540分钟，优选30-35分钟后排胶；混炼胶停放18-36小时，优选20-30小时，最优选24小时后，在开炼机上加入硅橡胶交联剂，得终炼胶。

本发明的技术效果和优势如下：使用本发明所述硅橡胶组合物时，其制造工艺比传统用气相法白炭黑的胶制造工艺简单，节省混炼时间，大大降低生产中的能耗。用于制造的硫化胶，在其他物理性能不变的情况下，大大降低硫化胶的老化过程中的压缩永久变形。这将大大提高硅橡胶密封制品的密封性和使用寿命。

具体实施方式

下面用实施例进一步描述本发明，但是本发明的范围不受这些实施例的限制。

(一)胶料性能测试仪器设备及测定方法

表1 橡胶样品制备的仪器设备

序号	设备名称	规格型号	生产厂家
				1	密炼机	XSM-1/10-120	上海科创橡塑机械设备有限公司
2	开炼机	152.5*320	广东省湛江机械厂
				3	平板硫化机	XLB-D600*600	浙江湖州东方机械有限公司

表2 硫化胶物理性能的测试方法及仪器

(二)实施例及对比例

原料：

硅橡胶：低乙烯基硅橡胶，DC-430，道康宁公司；

气相法白炭黑：LM150，卡博特(中国)投资有限公司；

炭/二氧化硅填料：CSDPF4210，卡博特公司(美国)；

加工助剂：羟基硅油，Q4-2734；道康宁公司

交联剂：液体过氧化物双25(2，5-二甲基2，5-双(叔丁基过氧基)已烷，济南乐奇化工公司，

配方：

对比例和实施例的配方如表3所示(其中所述份数均为重量份)。

表3.对比例和实施例配方

	对比例1	对比例2	实施例1	实施例2
					低乙烯基硅橡胶	100			100
气相法白炭黑LM150	40	45
					CSDPF4210			40	45
加工助剂	8	8	8	8
					过氧化物双25	1.2	1.2	2.0	2.0

胶料混炼：

对比例：

将硅橡胶100份硅橡胶和1/3气相法白炭黑加入密炼机内混炼，1分钟后将剩余白炭黑和所有加工助剂加入并在120±10℃的温度下混炼100分钟后排胶。混炼胶停放24小时后，在开炼机上加入过氧化物双25，得终炼胶。

实施例：

将硅橡胶100份硅橡胶和1/3填料CSDPF4210加入密炼机内混炼，1分钟后将剩填料和所有加工助剂加入并在120±10℃的温度下混炼30分钟后排胶。混炼胶停放24小时后，在开炼机上加入过氧化物双25，得终炼胶。

胶料硫化：

将终炼胶在硫化平板内于100℃下硫化10分钟，得到的试样再在热烘箱内于220℃下后硫化2小时后裁片制样用于物理性能测试。

硫化胶性能：

表4为在不同配方及工艺下气相法白炭黑硫化胶对比例和炭/二氧化硅双相填料硫化胶实施例物理性能的比较。从中可以看出，含炭/二氧化硅双相填料的硫化胶与含气相法白炭黑硫化胶相比，在其它物理性能相似的情况下，压缩永久变形大大改进。这一特点在高温下尤为突出。

表4.硫化胶性能

材料	对比例1	对比例2	实施例1	实施例2
					白炭黑LM150	40	45	-	-
CSDPF4210	-	-	40	45
					加工助剂	8	8	8	8
硬度	58.2	60.3	50.7	58.4
					100％定伸应力，MPa	2.2	2.4	1.7	1.9
300％定伸，MPa	4.6	5.0	3.3	3.6
					拉伸强度，MPa	7.0	7.8	7.9	7.8
扯断伸长率，％	352	348	405	388
					撕裂强度，N/mm，口型C	8.9	9.6	10.4	11.2
压缩永久变形，％，100℃×24h	44.3	49.8	4.8	5.9
					压缩永久变形，％，200℃×24h	72.5	88.4	18.8	16.7

Claims (5)

1.一种改善了压缩永久变形性能的硅橡胶组合物，其特征在于包含以下组分：

(1)、热硫化型硅橡胶；

(2)、炭/二氧化硅双相填料；

(3)、任选地，加工助剂；和

(4)、硅橡胶交联剂；

所述硅橡胶交联剂为有机过氧化物；

所述硅橡胶组合物的制备方法为：将热硫化型硅橡胶和1/3的炭/二氧化硅双相填料加入密炼机内混炼，1-10分钟后将其余填料和所有加工助剂加入，并在100-140℃的温度下混炼25-40分钟后排胶；混炼胶停放2-36小时后，在开炼机上加入硅橡胶交联剂，得终炼胶。

2.根据权利要求1所述的硅橡胶组合物，其中所述热硫化型硅橡胶选自二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶中的一种或两种以上的并用物。

3.根据权利要求1所述的硅橡胶组合物，其中所述炭/二氧化硅双相填料由两相构成，即炭相和分散于炭相表面及炭相中的细二氧化硅相。

4.根据权利要求1所述的硅橡胶组合物，其中所述加工助剂为含有羟基或硼原子的有机硅化合物。

5.根据权利要求1所述的硅橡胶组合物，其中热硫化型硅橡胶的用量为100重量份，炭/二氧化硅双相填料的用量为15-70重量份，加工助剂的用量为0-15重量份，硅橡胶交联剂的用量为0.2-5重量份。