CN104804254B - 抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料及制备方法 - Google Patents

抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料及制备方法，解决了当前高端液压密封橡胶复合材料的耐低温、抗侵蚀、弹性等性能低下的问题，其方法包括以下步骤：首先加入国产丁腈橡胶CKH‑18 100份炼制5‑20分钟；5‑20分钟，添加碳黑N774 120‑150份，DBS 15‑30份；20‑25分钟，添加硬脂酸1.5‑2份，抗氧化剂6PPD 0.5‑1.2份，D 3‑5份，RD 0.5‑1.5份；25‑35分钟，添加氧化锌4‑7份；35‑45分钟，冷却7‑10分钟，至表面温度为20‑30℃；45‑60分钟，添加单质硫0.5‑1.5份，硫化促进剂DM 1‑2份，DCP 1.5‑2.5份，CZ 1‑2份；60‑70分钟，添加纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物25‑35份，产品硫化成型时，温度145‑160℃，时长15‑25min。本发明方法制备的产品抗侵蚀性能(耐油性,体积变化率)‑3％～+1％，耐低温‑50℃，弹性(扯断伸长率)≥240％。

Description

抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料及制备方法，属于橡胶领域。
背景技术
密封件属于关键基础零部件。国内橡胶复合材料及密封制品方面，生产企业的设备、生产工艺及技术落后，人员技术水平低，导致我国橡胶复合材料及密封制品的各项性能指标低下，抗侵蚀(耐油性,体积变化率)达到-10％～+1％、耐低温-35℃、弹性(扯断伸长率)≥150％，落后于先进国家10-15年。无法满足我国先进装备制造对高端液压密封件的配套要求，导致国内主机无泄漏正常工作时间仅为400h左右，不足国际先进水平的1/10，成为制约我国重大装备发展的瓶颈之一。欧、美、日等发达国家的高端液压密封材料及制品，其寿命、可靠性是国内同类材料3倍以上，价格为国内同类产品10倍以上，占据和控制我国的高端市场，国内产品尚不能替代。现在欧美日等国仅限于向我国出口一些产成品，对我国实行生产技术封锁。因此，在国内关键基础零部件中的液压密封件，由于制备材料的性能无法满足主机配套要求，制约着我国重大装备发展。
发明专利CN1718624A公开了一种耐油绝缘纳米橡胶，其耐油性能、绝缘性能均符合国家标准，比同等性能的橡胶成本低5倍，耐高低温，适合与电力操作有关的多种劳保行业使用，但该材料耐低温性能仍需改进，并且适用范围小。发明专利CN102977424A公开了一种湿法纳米橡胶复合物及其制备方法，该纳米橡胶复合物拉伸强度、硬度、撕裂强度、回弹性、扯断伸长率等综合性能较好，尤其在矿山等领域浆体使用环境中，具有超常的耐磨性，适用于各种耐磨胶板、渣浆泵和旋流器用部件以及各类阀门、胶管等产品，但是抗侵蚀、耐低温等指标仍需改善。由此看出，国内应用于高端液压密封件的高端纳米橡胶复合材料的综合性能指标仍待改进，生产技术较为落后，严重制约了我国高端装备制造业的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料，具有抗侵蚀、耐低温、弹性好等优点。
本发明的目的还在于提供一种抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料的制备方法。
所述的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：
国产丁腈橡胶CKH-18 100份，碳黑N774 120-150份，DBS 15-30份，硬脂酸1.5-2份，抗氧化剂6PPD 0.5-1.2份，抗氧化剂D 3-5份，抗氧化剂RD 0.5-1.5份，氧化锌4-7份，单质硫0.5-1.5份，硫化促进剂DM 1-2份，硫化促进剂DCP 1.5-2.5份，硫化促进剂CZ 1-2份，8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物25-35份。
所述的8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物是指纳米沸石的质量分数占混合物的8％-15％。
优选的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：
国产丁腈橡胶CKH-18 100份，碳黑N774 130份，DBS 20份，硬脂酸1.75份，抗氧化剂6PPD 1份，抗氧化剂D 4份，抗氧化剂RD 1份，氧化锌5份，单质硫1份，硫化促进剂DM 1.5份，硫化促进剂DCP 2份，硫化促进剂CZ 1.5份，12％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物32份。
所述的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料制备方法，包括以下步骤：
(1)在开炼机或密炼机中加入国产丁腈橡胶CKH-18 100份炼制5-20分钟，控制橡胶表面温度在25-50℃；
(2)5-20分钟，添加碳黑N774 120-150份，DBS 15-30份，该过程材料表面温度控制在60-70℃；
(3)20-25分钟，添加硬脂酸1.5-2份，抗氧化剂6PPD 0.5-1.2份，抗氧化剂D 3-5份，抗氧化剂RD 0.5-1.5份，该过程材料表面温度控制在70-73℃；
(4)25-35分钟，均匀添加氧化锌粉末4-7份，该过程材料表面温度控制在72-74℃；
(5)35-45分钟，冷却7-10分钟，直至材料表面温度降至20-30℃；
(6)45-60分钟，添加单质硫0.5-1.5份，硫化促进剂DM 1-2份，硫化促进剂DCP 1.5-2.5份，硫化促进剂CZ 1-2份，该过程材料表面温度控制在70-72℃；
(7)60-70分钟，添加8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物25-35份，该过程材料表面温度控制在70-72℃；
(8)产品硫化成型时，温度控制在145-160℃，时长为15-25min。
本发明方法制备的产品可达到以下技术指标：抗侵蚀性能(耐油性,体积变化率)-3％～+1％，耐低温-50℃，弹性(扯断伸长率)≥240％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明配方合理，制备方法简单易操作，通过添加纳米级沸石和超高分子聚乙烯混合添加剂，使橡胶复合材料的定伸应力、交联密度等参数指标得到大幅提升，使橡胶复合材料的耐低温性达-50℃、弹性提高60％以上、抗侵蚀性能提高3倍以上，解决了当前高端液压密封橡胶复合材料的耐低温、抗侵蚀、弹性等性能低下的问题，尤其适应严寒等极限条件下的工况要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
所述的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料(国家国际科技合作专项资助，InternationalScience & Technology Cooperation Program of China，项目编号为：2012DFR50380)，由以下重量份的原料组成：
国产丁腈橡胶CKH-18 100份，碳黑N774 130份，DBS 20份，硬脂酸1.75份，抗氧化剂6PPD 1份，抗氧化剂D 4份，抗氧化剂RD 1份，氧化锌5份，单质硫1份，硫化促进剂DM 1.5份，硫化促进剂DCP 2份，硫化促进剂CZ 1.5份，12％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物32份。
所述的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料制备方法，包括以下步骤：
(1)在开炼机或密炼机中加入国产丁腈橡胶CKH-18 100份炼制10分钟，控制橡胶表面温度在25-50℃；
(2)10分钟，添加碳黑N774 130份，DBS 20份，该过程材料表面温度控制在60-70℃；
(3)22分钟，添加硬脂酸1.75份，抗氧化剂6PPD 1份，抗氧化剂D 4份，抗氧化剂RD 1份，该过程材料表面温度控制在70-73℃；
(4)30分钟，均匀添加氧化锌粉末5份，该过程材料表面温度控制在72-74℃；
(5)40分钟，冷却10分钟，直至材料表面温度降至25℃左右；
(6)50分钟，添加单质硫1份，硫化促进剂DM 1.5份，硫化促进剂DCP 2份，硫化促进剂CZ 1.5份，该过程材料表面温度控制在70-72℃；
(7)65分钟，添加8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物(纳米沸石质量分数12％)32份，该过程材料表面温度控制在70-72℃；
(8)产品硫化成型时，温度控制在155℃，时长为20min。
本发明方法制备的产品可达到以下技术指标：抗侵蚀性能(耐油性,体积变化率)-3％～+1％，耐低温-50℃，弹性(扯断伸长率)≥240％。
实施例2
所述的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：
国产18号橡胶100份，碳黑N774 120份，DBS 15份，硬脂酸1.5份，抗氧化剂6PPD 0.5份，抗氧化剂D 3份，抗氧化剂RD 0.5份，氧化锌4份，单质硫0.5份，硫化促进剂DM 1份，硫化促进剂DCP 1.5份，硫化促进剂CZ 1份，8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物25份。
所述的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料制备方法，包括以下步骤：
(1)在开炼机或密炼机中加入国产丁腈橡胶CKH-18橡胶100份炼制5分钟，控制橡胶表面温度在25-50℃；
(2)5分钟，添加碳黑N774 120份，DBS 15份，该过程材料表面温度控制在60-70℃；
(3)20分钟，添加硬脂酸1.5份，抗氧化剂6PPD 0.5份，抗氧化剂D 3份，抗氧化剂RD 0.5份，该过程材料表面温度控制在70-73℃；
(4)25分钟，均匀添加氧化锌粉末4份，该过程材料表面温度控制在72-74℃；
(5)35分钟，冷却7-10分钟，直至材料表面温度降至20-30℃；
(6)45分钟，添加单质硫0.5份，硫化促进剂DM 1份，硫化促进剂DCP 1.5份，硫化促进剂CZ 1份，该过程材料表面温度控制在70-72℃；
(7)60分钟，添加8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物(纳米沸石质量分数8％-15％)25份，该过程材料表面温度控制在70－72℃；
(8)产品硫化成型时，温度控制在145℃，时长为25min。
实施例3
所述的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料，由以下重量份的原料组成：
国产丁腈橡胶CKH-18橡胶100份，碳黑N774 150份，DBS 30份，硬脂酸2份，抗氧化剂6PPD 1.2份，抗氧化剂D 5份，抗氧化剂RD 1.5份，氧化锌7份，单质硫1.5份，硫化促进剂DM 2份，硫化促进剂DCP 2.5份，硫化促进剂CZ 2份，8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物35份。
所述的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料制备方法，包括以下步骤：
(1)在开炼机或密炼机中加入国产丁腈橡胶CKH-18橡胶100份炼制20分钟，控制橡胶表面温度在25-50℃；
(2)20分钟，添加碳黑N774 150份，DBS 30份，该过程材料表面温度控制在60-70℃；
(3)25分钟，添加硬脂酸2份，抗氧化剂6PPD 1.2份，抗氧化剂D 5份，抗氧化剂RD1.5份，该过程材料表面温度控制在70-73℃；
(4)35分钟，均匀添加氧化锌粉末7份，该过程材料表面温度控制在72-74℃；
(5)45分钟，冷却7-10分钟，直至材料表面温度降至20-30℃；
(6)60分钟，添加单质硫1.5份，硫化促进剂DM 2份，硫化促进剂DCP 2.5份，硫化促进剂CZ 2份，该过程材料表面温度控制在70-72℃；
(7)70分钟，添加8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物(纳米沸石质量分数8％-15％)35份，该过程材料表面温度控制在70－72℃；
(8)产品硫化成型时，温度控制在160℃，时长为15min。
上述DBS为癸二酸二丁脂；
抗氧化剂6PPD为N-【1.3-二甲基丁基】-N'-苯基-对苯二胺；
抗氧化剂D为苯基萘胺；
抗氧化剂RD为2，2，4-三甲基-1，2二氢喹啉；
硫化促进剂DM为二硫化二苯并噻唑；
硫化促进剂DCP为过氧化二异丙苯；
硫化促进剂CZ为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺。

Claims (3)

1.一种抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料，其特征在于由以下重量份的原料组成：
国产丁腈橡胶CKH-18 100份，碳黑N774 120-150份，DBS 15-30份，硬脂酸1.5-2份，抗氧化剂6PPD 0.5-1.2份，抗氧化剂D 3-5份，抗氧化剂RD 0.5-1.5份，氧化锌4-7份，单质硫0.5-1.5份，硫化促进剂DM 1-2份，硫化促进剂DCP 1.5-2.5份，硫化促进剂CZ 1-2份，8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物25-35份；
所述的8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物是指纳米沸石的质量分数占混合物的8％-15％。
2.根据权利要求1所述的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料，其特征在于由以下重量份的原料组成：
国产丁腈橡胶CKH-18 100份，碳黑N774 130份，DBS 20份，硬脂酸1.75份，抗氧化剂6PPD 1份，抗氧化剂D 4份，抗氧化剂RD 1份，氧化锌5份，单质硫1份，硫化促进剂DM 1.5份，硫化促进剂DCP 2份，硫化促进剂CZ 1.5份，12％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物32份。
3.一种权利要求1所述的抗侵蚀耐低温弹性纳米橡胶复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在开炼机或密炼机中加入国产丁腈橡胶CKH-18 100份炼制5-20分钟，控制橡胶表面温度在25-50℃；
(2)5-20分钟，添加碳黑N774 120-150份，DBS 15-30份，该过程材料表面温度控制在60-70℃；
(3)20-25分钟，添加硬脂酸1.5-2份，抗氧化剂6PPD 0.5-1.2份，抗氧化剂D 3-5份，抗氧化剂RD 0.5-1.5份，该过程材料表面温度控制在70-73℃；
(4)25-35分钟，均匀添加氧化锌粉末4-7份，该过程材料表面温度控制在72-74℃；
(5)35-45分钟，冷却7-10分钟，直至材料表面温度降至20-30℃；
(6)45-60分钟，添加单质硫0.5-1.5份，硫化促进剂DM 1-2份，硫化促进剂DCP 1.5-2.5份，硫化促进剂CZ 1-2份，该过程材料表面温度控制在70-72℃；
(7)60-70分钟，添加8％-15％纳米沸石和超高分子聚乙烯UHMWPE混合物25-35份，该过程材料表面温度控制在70-72℃；
(8)产品硫化成型时，温度控制在145-160℃，时长为15-25min。
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