CN104844858B - 一种燃油贮箱内胶囊用橡胶和胶粘剂及胶囊的制备方法 - Google Patents

一种燃油贮箱内胶囊用橡胶和胶粘剂及胶囊的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃油贮箱内胶囊用橡胶和胶粘剂及胶囊的制备方法，属于燃油贮箱设计领域，可应用于石油、航空、航天等行业。本发明的贮箱胶囊适用于大尺寸橡胶胶囊成型要求，既保证了囊体的柔性，又可保证箱体整体密封，且成本低。所述的大尺寸是指胶囊的长度为1m以上，直径为500mm以上；本发明的贮箱胶囊具有良好的耐燃油和液压油性能，可在150℃下长期使用。本发明的贮箱橡胶胶囊制备工艺简单，可广泛推广。

Description

一种燃油贮箱内胶囊用橡胶和胶粘剂及胶囊的制备方法
技术领域
本发明涉及贮箱排油系统用氢化丁腈橡胶胶囊及其制备方法，一种燃油贮箱胶囊用橡胶和胶粘剂材料及胶囊的制备方法。特别是一种含氢化丁腈的橡胶、胶粘剂及胶囊制备方法，属于燃油贮箱设计领域，可应用于石油、航空、航天等行业。
背景技术
燃油、煤油等油料的运输和贮存，在石油、航空、航天等领域有重要的作用。通常油料的排出过程主要依靠泵、活塞、气体增压等方式压迫油料在贮箱内产生压力差而引起流动，从箱体内排出，供给液压部件和发动机部件等。然而由于贮箱的箱体外形，造成这种传统在排出和运输的启动和停止过程中油料流动不稳定，对贮箱箱体产生脉动、振动和冲击等效应，造成箱体的破损或影响贮箱的使用寿命，影响油料在贮箱排出过程的流动，因此在新型的改进贮箱排油系统中，采用了橡胶胶囊封闭油料，通过充入气体等方式，压缩胶囊，推动整个油料的缓慢排出。由于橡胶胶囊良好的弹性和大伸长率，因此保证了油料在贮箱流动过程对箱体的影响，提高了贮箱的使用寿命，优化了排油过程。
然而，为保证橡胶胶囊壁厚和密封部分的尺寸精度(厚度仅为2～3mm)，往往采用模压或注射等一次成型工艺。对于直径1米以上的大尺寸贮箱，其所用的胶囊体积较大，故成型过程中所用的加工模具相应大，模具复杂，造成了模具费用和加工设备成本高昂。且在成型过程中，模具间隙小，造成胶料流动性不良，往往出现缺料，硫痕，起泡等一些工艺问题，严重影响了橡胶胶囊在贮箱排油系统中的使用。
发明内容
本发明的目的是为了克服大尺寸橡胶胶囊直接模压成型困难的问题，提供一种燃油贮箱内胶囊用橡胶和胶粘剂及胶囊的制备方法，保证密封效果和耐油性能。其特点是将胶囊采用分段成型后，再通过粘结一体化成型的工艺方法。对于需要保证密封的部分采用模压成型的方法，确保密封部分的尺寸精度；而对于胶囊的其它部分则采用了胶粘剂连接共硫化一体成型方法，其橡胶/橡胶间的T形剥离强度≥1.5KN/m。橡胶和胶粘剂均采用了氢化丁腈橡胶，可保证胶囊在150℃的燃油中长期使用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明中所述原料份除特殊说明外，均为质量份数。
本发明的一种燃油贮箱内胶囊用橡胶，以氢化丁腈的质量为100份计算，该橡胶的组分及质量份数如下：
氢化丁腈的氰基含量为30％～45％；
硫化剂为过氧化二异丙苯(DCP)、2,5-二乙基-2,5-二(过氧化叔丁基)己烷、过氧化二枯基、过氧化苯甲酰等过氧化物中的一种；
防老剂为2，2，4－三甲基－1，2－二氢化喹啉聚合体(防老剂RD)、N-苯基-N’-萘胺(防老剂丁)、N-异丙基-N’-对甲苯基对苯二胺(防老剂4010NA)、苯乙烯化苯酚(防老剂SP)中的一种或两种以上的混合物；
补强剂为粗粒子热裂解炭黑N900、热裂解炭黑N770、热裂解炭黑N550的一种或两种以上的混合物；
增塑剂为癸二酸二辛酯、癸二酸二丁酯、己二酸二丁酯(哈门罗斯公司生产的TP90，TP95等)中的一种；
助硫化剂为三异丙基异氰脲酸酯(TAIC)、苯烯基二马来酰胺(HVA-2)、硫磺中的一种。
本发明的一种燃油贮箱胶囊用胶粘剂，以氢化丁腈的质量为100份计算，该胶粘剂的组分及质量份数如下：
酚醛树脂为锌酚醛、钡酚醛中的一种或两种的混合物；
溶剂为丁酮、2-丁酮、乙酸乙酯中的一种；
氢化丁腈的氰基含量为30％～45％；
硫化剂为过氧化二异丙苯(DCP)、2,5-二乙基-2,5-二(过氧化叔丁基)己烷、过氧化二枯基、过氧化苯甲酰等过氧化物中的一种；
补强剂为粗粒子热裂解炭黑N900、N770、快压出N550中的一种或两种以上的混合物；
助硫化剂为三异丙基异氰脲酸酯(TAIC)、苯烯基二马来酰胺(HVA-2)、硫磺中的一种；
防老剂为2，2，4－三甲基-1，2－二氢化喹啉聚合体(防老剂RD)、N-苯基-N’-萘胺(防老剂丁)、N-异丙基-N’-对甲苯基对苯二胺(防老剂4010NA)、苯乙烯化苯酚(防老剂SP)中的一种或两种以上的混合物。
本发明的一种燃油贮箱内胶囊的制备方法，所述的贮箱包括贮箱本体、管道和橡胶胶囊；
管道的底端与贮箱本体的底端固定连接；管道的侧壁上分布有排油通孔；
胶囊为带有上开口和下开口的柔性筒状结构，胶囊包括胶囊主体、与贮箱顶端固定连接的端头以及与贮箱的底端固定连接的端尾；胶囊的端头和端尾均带有翻边；
橡胶胶囊套在管道和贮箱本体之间，橡胶胶囊底端的翻边固定在贮箱本体内部底端上，橡胶胶囊的顶端的翻边固定在贮箱本体顶端上，从而将燃料密封在橡胶胶囊内，使得橡胶胶囊和贮箱本体之间不充入燃料；
贮箱本体上设置气嘴，通过该气嘴向橡胶胶囊与贮箱本体间通入惰性气体，在燃料填充之前，通过该气嘴向橡胶胶囊与贮箱本体间通入少量惰性气体，使得橡胶胶囊免于粘连箱体贮箱本体内壁。
步骤为：
(1)采用模压法制备贮箱内胶囊的端头和端尾，并留出宽度为20～30mm的粘结部分；
由于胶囊端头与贮箱顶端之间以及胶囊端尾与贮箱底端之间需要进行密封，因此胶囊为密封结构一体化产品。端头密封部位为了保证密封效果，需要有精密尺寸规格。故选择模压法进行制备。制备相关尺寸的模具，并留出宽度为20～30mm的粘结部分，粘结部分进行打磨粗糙化处理。将粘结表面进行清理后，涂胶粘剂。
(2)采用硫化成片后粘结成筒的方法制备胶囊主体，硫化片粘结成筒时，粘结部分的宽度为20～30mm，硫化片的厚度为1～2mm；
由于胶囊主体为筒状结构，因此采用硫化成片后粘结成筒的制备方法。橡胶胶片的长宽由胶囊的筒状结构确定。粘结部分的宽度为20～30mm，厚度为1～2mm。通过压延机出1～2mm厚橡胶片，并用鼓式硫化机在辊温为170～180℃，压力0.5MPa硫化出片。将硫化出片的粘结部分进行打磨处理，形成粗糙表面。将粘结表面进行清理后，涂胶粘剂。
(3)将步骤(1)制备端头和端尾的粘结部分进行打磨粗糙化处理，将粘结表面进行清理后，涂胶粘剂；将步骤(2)制备的筒状胶囊主体顶端和底端进行打磨粗糙化处理，将顶端和底端的粘结表面进行清理后，涂胶粘剂；
(4)将涂有胶粘剂的端头与筒状胶囊主体的顶端叠合连接固定，将涂有胶粘剂的端尾与筒状胶囊主体的底端叠合连接固定，室温干燥胶粘剂8小时以上，干燥完成后在胶囊内侧涂抹滑石粉或将胶囊放入支架中，防止硫化过程造成的粘连，然后将整个连接后的胶囊放入硫化罐中，压力为0.1MPa，硫化温度为160～170℃，在1小时后，取出胶囊，用酒精清理胶囊，洗净后得到符合设计要求的胶囊。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
本发明的贮箱胶囊适用于大尺寸橡胶胶囊成型要求，既保证了囊体的柔性，又可保证箱体整体密封，且成本低。所述的大尺寸是指胶囊的长度为1m以上，直径为500mm以上；
本发明的贮箱胶囊具有良好的耐燃油和液压油性能，可在150℃下长期使用。
本发明的贮箱橡胶胶囊制备工艺简单，可广泛推广。
附图说明
图1为贮箱排油系统用胶囊的示意图；
图2为图1的I处放大示意图；
图3为图1的II处放大示意图；
图4为贮箱的结构示意图；
图5为图4的I处的放大示意图；
图6为图4的II处的放大示意图；
图7为图4的III处的放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图4所示，一种具有稳定传输能力的胶囊式贮箱，包括贮箱本体、管道和橡胶胶囊；
管道的底端与贮箱本体的底端固定连接；管道的侧壁上均匀分布有通孔；
橡胶胶囊为带有上开口和下开口的柔性筒状结构，橡胶胶囊的底端和顶端均带有翻边；
橡胶胶囊套在管道和贮箱本体之间，橡胶胶囊底端的翻边固定在贮箱本体内部底端的密封沟槽8内，橡胶胶囊的顶端的翻边固定在贮箱本体顶端的密封沟槽8内，从而将燃料密封在橡胶胶囊内，使得橡胶胶囊和贮箱本体之间不充入燃料；
贮箱本体上设置气嘴，通过该气嘴向橡胶胶囊与贮箱本体间通入惰性气体，在燃料填充之前，可通过该气嘴向橡胶胶囊与贮箱本体间通入少量惰性气体，保护橡胶胶囊免于粘连箱体贮箱本体内壁。
使用时，需要将贮箱内的燃料排出贮箱时，通过气嘴向橡胶胶囊与贮箱本体间通入惰性气体(可加热到80度以下)，随着惰性气体体积的增加，在橡胶胶囊与贮箱本体间的压力逐渐增大，挤压橡胶胶囊向中间收缩变形，燃料顺着管道的排油通孔，进行交换，均匀排出。
如图6所示，将橡胶胶囊3两端的塔形密封部位分别塞到相应的贮箱本体2的密封沟槽中；
如图5所示，管体1总长度与贮箱本体2一致；
管体1部分材质为不锈钢，直段部分为板材卷曲后焊接成型，表面均布了间距为80mm的直径为3mm的排油通孔7；
管体1两端与直段部分通过焊接的方式连接成整体；
管体1底端与贮箱本体2底端齐平，接触部分设有M10的盲孔，与贮箱本体2底端的通孔对齐进行螺栓连接，同时将管体1另一端也进行螺栓连接。将管体1与贮箱本体2连接的两端螺栓拧紧，完成整个贮箱排油系统的固定工作。
如图7所示，贮箱燃料的存放过程中，要求通过气嘴5，充入少量氮气气体，保证橡胶胶囊3与贮箱本体2内壁不发生粘连。在排油系统使用前，通入少量60℃左右的气体预热燃料。在预热完成后，缓缓通入0.1MPa压力的气体，挤压橡胶胶囊3，将橡胶胶囊3内的燃料流入管体结构中，沿着管体1排出贮箱，完成排油系统的排油工作。
贮箱直径为570mm，端口直径为500mm，总长度为1100mm，材质为不锈钢。贮箱壁厚为5mm。贮箱底端和端面均有密封沟槽，截面尺寸为5mm(宽)×4mm(深)。橡胶胶囊的材质为氢化丁腈橡胶，配方为：氢化丁腈100，N550炭黑30，氧化镁3，氧化锌3，硬脂酸1，DCP 6，TAIC1.5，癸二酸二丁酯8，防老剂RD3。橡胶拉伸强度为20MPa，拉断伸长率为653％，抗撕强度为30.8KN/m，150℃×22h，10#航空油内质量变化率为10.3％。相应的橡胶胶囊翻边的密封部位的高度均为6mm，宽度为3.5mm，形状为塔形，塔尖半径为R2。
如图1所示，橡胶囊体的基本外形与贮箱的内壁形状相匹配，囊体的厚度为1.5mm，保证柔韧性。具有密封和流线形状的端头11长度为60～70mm，需要粘结的部分的宽度为20～30mm，采用模压成型的方法，在模具内一次成型。硫化条件为160℃，40min，压力为10～15MPa。端尾33长度为70～80mm，需要粘结的部分的宽度为20～30mm，采用模压成型的方法，在模具内一次成型。硫化条件为160℃，30min，压力为10～15MPa。囊体的主体22采用压延成型，出幅宽为910～930mm的橡胶胶片，胶片厚度为1mm，长度不小于1800mm。将压延好的橡胶胶片在鼓式硫化机上进行硫化处理。辊温为170～180℃，压力0.5MPa。配制胶粘剂，胶粘剂配方为：氢化丁腈100，DCP 5，TAIC2，ZnO 3；炭黑N330 20，钡酚醛10，防老剂RD 3，乙酸乙酯750。除溶剂外，将橡胶和辅料(即胶粘剂除溶剂外的组分)在开炼机上进行炼制，炼好后出1mm厚的橡胶胶片，将胶片剪碎后，放入溶剂内浸泡，并密封保存，浸泡2天后，开始搅拌，直至胶料完全溶于溶剂中，形成均匀的溶液。
按照GB2791胶粘剂与胶囊橡胶间的T形剥离强度为3.1±1.2KN/m。
如图2和图3所示，将所需要的粘结部分打磨后，清理表面，涂抹胶粘剂，并用夹具固定，在室温下，干燥1天。在整个囊体内涂抹滑石粉，将整个囊体放入硫化罐中，硫化罐压力0.1MPa，温度采用梯度升温的办法，在80℃下保温1小时后，缓慢升温到160℃，160℃下保温1小时。冷却后，用水和乙醇清理整个胶囊，得到可以使用的橡胶胶囊。
实施例2
设计的贮箱直径为870mm，端口直径为800mm，总长度为1800mm，材质为玻纤/环氧的复合材料。贮箱壁厚为8mm。贮箱底端和端面均有密封沟槽，截面尺寸为5mm(宽)×4mm(深)。橡胶胶囊的材质为氢化丁腈橡胶，配方为：氢化丁腈100，N550炭黑35，氧化镁3，氧化锌3，硬脂酸2，DCP 4，TAIC 1，增塑剂TP95 10，防老剂NA4010 2。橡胶拉伸强度为24.5MPa，拉断伸长率为689％，抗撕强度为54.2KN/m，150℃×22h，10#航空油内质量变化率8.8％。相应的橡胶胶囊密封部位的高度均为6mm，宽度为3mm，形状为矩形。橡胶囊体的基本外形按照贮箱的外形进行设计并制备，囊体的厚度为1.8mm，保证柔韧性。具有密封和流线形状的一端端头(1)长度为100～110mm，需要粘结的部分为20～30mm，采用模压成型的方法，在模具内一次成型。硫化条件为160℃，30min，压力为10～15MPa。对应的另一端端头(3)长度为100～110mm，需要粘结的部分为20～30mm，采用模压成型的方法，在模具内一次成型。硫化条件为160℃，30min，压力为10～15MPa。囊体的中段采用压延成型，出幅宽为1600～1800mm的橡胶胶片，胶片厚度为1.5mm，长度不小于1800mm。将压延好的橡胶胶片在鼓式硫化机上进行硫化处理。辊温为170～180℃，压力0.5MPa。配制胶粘剂，胶粘剂配方为：氢化丁腈100，DCP 3，TAIC1.5，ZnO 3；炭黑N330 20，钡酚醛15，防老剂RD 3，丁酮1000。除溶剂外，将橡胶和辅料在开炼机上进行炼制，炼好后出1mm厚的橡胶胶片，将胶片剪碎后，放入溶剂内浸泡，并密封保存，浸泡2天后，开始搅拌，直至胶料完全溶于溶剂中，形成均匀的溶液。将所需要的粘结部分打磨后，清理表面，涂抹胶粘剂，并用夹具固定，在室温下，干燥1天。在整个囊体内涂抹滑石粉，将整个囊体放入硫化罐中，硫化罐压力0.1MPa，温度采用梯度升温的办法，在80℃下保温1小时后，缓慢升温到160℃，160℃下保温1小时。冷却后，用水和乙醇清理整个胶囊，得到可以使用的橡胶胶囊。

Claims (2)

1.一种燃油贮箱内胶囊的制备方法，其特征在于：
所述的贮箱包括贮箱本体、管道和橡胶胶囊；
管道的底端与贮箱本体的底端固定连接；管道的侧壁上分布有排油通孔；
胶囊为带有上开口和下开口的柔性筒状结构，胶囊包括胶囊主体、与贮箱顶端固定连接的端头以及与贮箱的底端固定连接的端尾；胶囊的端头和端尾均带有翻边；
橡胶胶囊套在管道和贮箱本体之间，橡胶胶囊底端的翻边固定在贮箱本体内部底端上，橡胶胶囊的顶端的翻边固定在贮箱本体顶端上；
贮箱本体上设置气嘴；
步骤为：
(1)采用模压法制备贮箱内胶囊的端头和端尾，并留出宽度为20～30mm的粘结部分；
(2)采用硫化成片后粘结成筒的方法制备胶囊主体，硫化片粘结成筒时，粘结部分的宽度为20～30mm，硫化片的厚度为1～2mm；
(3)将步骤(1)制备端头和端尾的粘结部分进行打磨粗糙化处理，将粘结表面进行清理后，涂胶粘剂；将步骤(2)制备的筒状胶囊主体顶端和底端进行打磨粗糙化处理，将顶端和底端的粘结表面进行清理后，涂胶粘剂；
(4)将涂有胶粘剂的端头与筒状胶囊主体的顶端叠合连接固定，将涂有胶粘剂的端尾与筒状胶囊主体的底端叠合连接固定，室温干燥胶粘剂8小时以上，干燥完成后在胶囊内侧涂抹滑石粉或将胶囊放入支架中，防止硫化过程造成的粘连，然后将整个连接后的胶囊放入硫化罐中，压力为0.1MPa，硫化温度为160～170℃，在1小时后，取出胶囊，用酒精清理胶囊，清理后得到符合设计要求的胶囊；
所述的胶粘剂的组分及质量份数如下：
酚醛树脂为锌酚醛、钡酚醛中的一种或两种的混合物；
溶剂为丁酮、2-丁酮、乙酸乙酯中的一种；
氢化丁腈的氰基含量为30％～45％；
硫化剂为过氧化二异丙苯、2,5-二乙基-2,5-二(过氧化叔丁基)己烷、过氧化二枯基、过氧化苯甲酰中的一种；
补强剂为粗粒子热裂解炭黑N900、热裂解炭黑N770、热裂解炭黑N550的一种或两种以上的混合物；
助硫化剂为三异丙基异氰脲酸酯、苯烯基二马来酰胺、硫磺中的一种；
防老剂为2，2，4－三甲基-1，2－二氢化喹啉聚合体、N-苯基-N’-萘胺、N-异丙基-N’-对甲苯基对苯二胺、苯乙烯化苯酚中的一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种燃油贮箱内胶囊的制备方法，其特征在于：所述的橡胶胶囊的组分及质量份数如下：
氢化丁腈的氰基含量为30％～45％；
硫化剂为过氧化二异丙苯、2,5-二乙基-2,5-二(过氧化叔丁基)己烷、过氧化二枯基、过氧化苯甲酰中的一种；
防老剂为2，2，4－三甲基－1，2－二氢化喹啉聚合体、N-苯基-N’-萘胺、N-异丙基-N’-对甲苯基对苯二胺、苯乙烯化苯酚中的一种或两种以上的混合物；
补强剂为粗粒子热裂解炭黑N900、热裂解炭黑N770、热裂解炭黑N550的一种或两种以上的混合物；
增塑剂为癸二酸二辛酯、癸二酸二丁酯、己二酸二丁酯中的一种；
助硫化剂为三异丙基异氰脲酸酯、苯烯基二马来酰胺、硫磺中的一种。
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