CN106317720A - 一种密封圈材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械材料技术领域，具体涉及一种密封圈材料的制备方法，以聚四氟乙烯为主体材料，由氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂制成，对原料进行混合，粉碎，过滤得到预胶粉，装入真空环境压膜，加工成型，然后将模具置于平板硫化机中进行硫化成型。本发明制备的密封圈抗拉、压强度高、回弹性好、自润滑效果好、导热性好、化学稳定性好，并且材料易得、生产成本低、工艺简单、无污染、适合规模化生产。

Description

一种密封圈材料的制备方法
技术领域
本发明属于机械材料技术领域，具体涉及一种密封圈材料的制备方法及其制备方法。
背景技术
呼吸人孔、阻火呼吸人孔是安装在储罐顶上的安全应急通气装置，通常与阻火呼吸阀配套使用，既能避免因意外原因造成罐内急剧超压或真空时，损坏储罐而发生事故，又能起到安全阻火作用，是保护储罐的安全装置，特别适用于贮存物料以氮气封顶的拱顶常压罐。具有定压排放、定压吸入、开闭灵活、安全阻火、结构紧凑、密封性能好、安全可靠等优点。
密封圈作为呼吸阀中重要的部件，其在工作压力和一定的温度范围内，应具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高密封性能。密封圈装置和运动件之间的摩擦力要小，摩擦系数要稳定。密封圈抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一定程度上能自动补偿。结构简单，使用、维护方便，使密封圈具有更长的寿命。聚四氟乙烯(PTFE)材料具有优良的耐蚀性、耐候性、化学稳定性，并且不沾、无毒、无污染，被称为“塑料之王”，是一种较好的密封材料，广泛应用于国防、航空航天、医学、石油化工、电子、机械等许多领域的密封装置上。中国专利CN 91108190.9公开了一种碳素纤维增强聚四氟乙烯密封材料及其制备方法，以聚四氟乙烯为基料，以碳纤为增强材料，再复合添加青铜粉、玻纤、石墨粉、二硫化钼粉、滑石粉等改性材料，经粉碎、混合、模压成型、烧结、整形检修等工序而制成，但其导热性较差，导致其摩擦散热慢，不利于密封。中国专利CN 100389163公开了一种聚四氟乙烯密封圈材料及其制备方法，以聚四氟乙烯悬浮树脂粉料为基体材料，包括玻璃纤维、碳纤维、二硫化钼，以磁粉为填充剂组成，充分混合，模压成型，其导热性较差，自润滑效果不好，不利于密封。
发明内容
为克服现有技术中密封圈存在的导热性差，自润滑效果不好，易挤压变形的缺点，本发明的目的在于提供一种抗拉、压强度高、回弹性好、自润滑效果好、导热性好、化学稳定性好的密封圈材料的制备方法及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种密封圈材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按配比将氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂WB222和聚四氟乙烯进行粉碎，将混合粉碎后的胶粉过滤以除去杂质，得到预胶粉；
(2)将预胶粉装入真空环境中的压膜中，在150-160℃的温度下加工成型，保温2-3h，接着升温到250-260℃，保温1-2h，在升温到350-380℃，保温5-15min；
(3)将模具置于平板硫化机中进行硫化成型；
其中，各组分的重量份组成为：氯醚橡胶5-10份、丙烯酸酯橡胶10-15份、硼纤维10-15份、碳钢纤维5-8份、微晶纤维素3-7份、碳纳米管复合材料8-10份、钛酸钡3-5份、凹凸棒粘土5-10份、金属氧化物4-7份、膨润土3-6份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.5-1份、硫化剂PDM0.5-1.5份、分散剂WB222 0.5-1份、聚四氟乙烯余量；
所述的碳纳米管复合材料由以下方法制得：首先，羟甲基双酚A二缩水甘油醚与85％的四氢苯酐混合；其次，加入2-4％的碳纳米管并使用高速磁力搅拌器在50-60℃下搅拌1-2h，再超声分散20-30min；最后，将1％的2-甲基咪唑添加到混合物中在室温温度下缓慢搅拌均匀后倒入模具固化，在80℃固化2h，120℃固化3h，135℃固化4-6h，固化后脱模，经机械锻磨后得碳纳米管复合材料。
具体地，所述的碳纳米管直径为2-50nm。
具体地，所述的金属氧化物为四氧化三铁与氧化锌按质量比(3-5):1组成。
本发明的有益效果：
(1)本发明先将碳纳米管制成碳纳米管复合材料，使得其易于分散，解决了直接将碳纳米管加入到基材原料中而出现的团聚问题，使得碳纳米管在密封圈材料中均匀分散，充分发挥了其作用，有效提高了密封圈的耐磨性和耐热性。
(2)本发明的橡胶弹性体可以对聚四氟乙烯密封圈的磨耗起补偿作用，密封摩擦阻力小，润滑效果好，大幅度改善密封性能；纤维有利于提高密封圈的机械强度、耐热性能，使得密封圈耐磨、耐高压、耐冲击、寿命长。
(3)本发明材料易得、生产成本低、工艺简单、无污染、适合规模化生产。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种密封圈材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂WB222和聚四氟乙烯进行混合，并进行粉碎，将混合粉碎后的胶粉过滤以除去杂质，得到预胶粉；
(2)将预胶粉装入真空环境中的压膜中，在150℃的温度下加工成型，保温2h，接着升温到250℃，保温1h，在升温到350℃，保温5min，冷却降温；
(3)将模具置于平板硫化机中进行硫化成型；
其中，各组分的重量份组成为：氯醚橡胶8份、丙烯酸酯橡胶12份、硼纤维10份、碳钢纤维6份、微晶纤维素5份、碳纳米管复合材料9份、钛酸钡4份、凹凸棒粘土5份、四氧化三铁与氧化锌按质量比3:1组成的金属氧化物5份、膨润土4份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.8份、硫化剂PDM 0.5份、分散剂WB222 0.5份、聚四氟乙烯余量；
碳纳米管复合材料由以下方法制得：首先，羟甲基双酚A二缩水甘油醚与85％的四氢苯酐混合；其次，加入直径为2nm的3％的碳纳米管并使用高速磁力搅拌器在55℃下搅拌1-2h，再超声分散20-30min；最后，将1％的2-甲基咪唑添加到混合物中在室温温度下缓慢搅拌均匀后倒入模具固化，在80℃固化2h，120℃固化3h，135℃固化5h，固化后脱模，经机械锻磨后得碳纳米管复合材料。
实施例2
一种密封圈材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂WB222和聚四氟乙烯进行混合，并进行粉碎，将混合粉碎后的胶粉过滤以除去杂质，得到预胶粉；
(2)将预胶粉装入真空环境中的压膜中，在150℃的温度下加工成型，保温2h，接着升温到250℃，保温1h，在升温到350℃，保温5min，冷却降温；
(3)将模具置于平板硫化机中进行硫化成型；
其中，各组分的重量份组成为：氯醚橡胶5份、丙烯酸酯橡胶10份、硼纤维15份、碳钢纤维5份、微晶纤维素3份、碳纳米管复合材料8份、钛酸钡3份、凹凸棒粘土7份、四氧化三铁与氧化锌按质量比4:1组成的金属氧化物4份、膨润土3份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.8份、硫化剂PDM 0.5份、分散剂WB222 0.5份、聚四氟乙烯余量；
所述的碳纳米管复合材料由以下方法制得：首先，羟甲基双酚A二缩水甘油醚与85％的四氢苯酐混合；其次，加入直径为15nm的3％的碳纳米管并使用高速磁力搅拌器在50℃下搅拌1-2h，再超声分散20-30min；最后，将1％的2-甲基咪唑添加到混合物中在室温温度下缓慢搅拌均匀后倒入模具固化，在80℃固化2h，120℃固化3h，135℃固化5h，固化后脱模，经机械锻磨后得碳纳米管复合材料。
实施例3
一种密封圈材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂WB222和聚四氟乙烯进行混合，并进行粉碎，将混合粉碎后的胶粉过滤以除去杂质，得到预胶粉；
(2)将预胶粉装入真空环境中的压膜中，在155℃的温度下加工成型，保温3h，接着升温到255℃，保温1h，在升温到360℃，保温5min，冷却降温；
(3)将模具置于平板硫化机中进行硫化成型；
其中，各组分的重量份组成为：氯醚橡胶10份、丙烯酸酯橡胶15份、硼纤维10份、碳钢纤维7份、微晶纤维素6份、碳纳米管复合材料10份、钛酸钡4份、凹凸棒粘土5份、四氧化三铁与氧化锌按质量比4:1组成的金属氧化物6份、膨润土6份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.5份、硫化剂PDM 1份、分散剂WB222 0.5份、聚四氟乙烯余量；
上述的碳纳米管复合材料由以下方法制得：首先，羟甲基双酚A二缩水甘油醚与85％的四氢苯酐混合；其次，加入直径为25nm的2％的碳纳米管并使用高速磁力搅拌器在55℃下搅拌1-2h，再超声分散20-30min；最后，将1％的2-甲基咪唑添加到混合物中在室温温度下缓慢搅拌均匀后倒入模具固化，在80℃固化2h，120℃固化3h，135℃固化5h，固化后脱模，经机械锻磨后得碳纳米管复合材料。
实施例4
一种密封圈材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂WB222和聚四氟乙烯进行混合，并进行粉碎，将混合粉碎后的胶粉过滤以除去杂质，得到预胶粉；
(2)将预胶粉装入真空环境中的压膜中，在155℃的温度下加工成型，保温3h，接着升温到255℃，保温1h，在升温到360℃，保温5min，冷却降温；
(3)将模具置于平板硫化机中进行硫化成型；
其中，各组分的重量份组成为：氯醚橡胶8份、丙烯酸酯橡胶12份、硼纤维15份、碳钢纤维8份、微晶纤维素6份、碳纳米管复合材料10份、钛酸钡4份、凹凸棒粘土5份、四氧化三铁与氧化锌按质量比5:1组成的金属氧化物6份、膨润土6份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.5份、硫化剂PDM 1份、分散剂WB222 0.5份、聚四氟乙烯余量；
上述的碳纳米管复合材料由以下方法制得：首先，羟甲基双酚A二缩水甘油醚与85％的四氢苯酐混合；其次，加入直径为35nm的4％的碳纳米管并使用高速磁力搅拌器在55℃下搅拌1-2h，再超声分散20-30min；最后，将1％的2-甲基咪唑添加到混合物中在室温温度下缓慢搅拌均匀后倒入模具固化，在80℃固化2h，120℃固化3h，135℃固化5h，固化后脱模，经机械锻磨后得碳纳米管复合材料。
实施例5
一种密封圈材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂WB222和聚四氟乙烯进行混合，并进行粉碎，将混合粉碎后的胶粉过滤以除去杂质，得到预胶粉；
(2)将预胶粉装入真空环境中的压膜中，在160℃的温度下加工成型，保温3h，接着升温到260℃，保温1h，在升温到360℃，保温10min，冷却降温；
(3)将模具置于平板硫化机中进行硫化成型；
其中，各组分的重量份组成为：氯醚橡胶8份、丙烯酸酯橡胶12份、硼纤维15份、碳钢纤维8份、微晶纤维素7份、碳纳米管复合材料8份、钛酸钡5份、凹凸棒粘土10份、四氧化三铁与氧化锌按质量比5:1组成的金属氧化物7份、膨润土6份、二辛基琥珀酸磺酸钠1份、硫化剂PDM 1.5份、分散剂WB222 1份、聚四氟乙烯余量；
上述的碳纳米管复合材料由以下方法制得：首先，羟甲基双酚A二缩水甘油醚与85％的四氢苯酐混合；其次，加入直径为50nm的4％的碳纳米管并使用高速磁力搅拌器在60℃下搅拌1-2h，再超声分散20-30min；最后，将1％的2-甲基咪唑添加到混合物中在室温温度下缓慢搅拌均匀后倒入模具固化，在80℃固化2h，120℃固化3h，135℃固化5h，固化后脱模，经机械锻磨后得碳纳米管复合材料。
实施例6
一种密封圈材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂WB222和聚四氟乙烯进行混合，并进行粉碎，将混合粉碎后的胶粉过滤以除去杂质，得到预胶粉；
(2)将预胶粉装入真空环境中的压膜中，在160℃的温度下加工成型，保温3h，接着升温到260℃，保温2h，在升温到380℃，保温15min，冷却降温；
(3)将模具置于平板硫化机中进行硫化成型；
其中，各组分的重量份组成为：氯醚橡胶8份、丙烯酸酯橡胶10份、硼纤维15份、碳钢纤维8份、微晶纤维素7份、碳纳米管复合材料10份、钛酸钡5份、凹凸棒粘土8份、四氧化三铁与氧化锌按质量比4:1组成的金属氧化物4份、膨润土6份、二辛基琥珀酸磺酸钠1份、硫化剂PDM 1.5份、分散剂WB222 1份、聚四氟乙烯余量；
上述的碳纳米管复合材料由以下方法制得：首先，羟甲基双酚A二缩水甘油醚与85％的四氢苯酐混合；其次，加入直径为25nm的4％的碳纳米管并使用高速磁力搅拌器在60℃下搅拌1-2h，再超声分散20-30min；最后，将1％的2-甲基咪唑添加到混合物中在室温温度下缓慢搅拌均匀后倒入模具固化，在80℃固化2h，120℃固化3h，135℃固化5h，固化后脱模，经机械锻磨后得碳纳米管复合材料。
对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于：
一种密封圈材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂WB222和聚四氟乙烯进行混合，并进行粉碎，将混合粉碎后的胶粉过滤以除去杂质，得到预胶粉；
(2)将预胶粉装入真空环境中的压膜中，在150℃的温度下加工成型，保温2h，接着升温到250℃，保温1h，在升温到350℃，保温5min，冷却降温；
(3)将模具置于平板硫化机中进行硫化成型；
其中，各组分的重量份组成为：氯醚橡胶8份、丙烯酸酯橡胶12份、硼纤维10份、碳钢纤维6份、微晶纤维素5份、钛酸钡4份、凹凸棒粘土5份、四氧化三铁与氧化锌按质量比3:1组成的金属氧化物5份、膨润土4份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.8份、硫化剂PDM 0.5份、分散剂WB222 0.5份、聚四氟乙烯余量。
对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于：
一种密封圈材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂WB222和聚四氟乙烯进行混合，并进行粉碎，将混合粉碎后的胶粉过滤以除去杂质，得到预胶粉；
(2)将预胶粉装入真空环境中的压膜中，在150℃的温度下加工成型，保温2h，接着升温到250℃，保温1h，在升温到350℃，保温5min，冷却降温；
(3)将模具置于平板硫化机中进行硫化成型；
其中，各组分的重量份组成为：氯醚橡胶8份、丙烯酸酯橡胶12份、微晶纤维素5份、碳纳米管复合材料9份、钛酸钡4份、凹凸棒粘土5份、四氧化三铁与氧化锌按质量比3:1组成的金属氧化物5份、膨润土4份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.8份、硫化剂PDM 0.5份、分散剂WB2220.5份、聚四氟乙烯余量；
上述的碳纳米管复合材料由以下方法制得：首先，羟甲基双酚A二缩水甘油醚与85％的四氢苯酐混合；其次，加入直径为2nm的3％的碳纳米管并使用高速磁力搅拌器在55℃下搅拌1-2h，再超声分散20-30min；最后，将1％的2-甲基咪唑添加到混合物中在室温温度下缓慢搅拌均匀后倒入模具固化，在80℃固化2h，120℃固化3h，135℃固化5h，固化后脱模，经机械锻磨后得碳纳米管复合材料。
对上述实施例制备得到的成品的性能测试如下(测试标准HG/T2579-94)。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种密封圈材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按配比将氯醚橡胶、丙烯酸酯橡胶、硼纤维、碳钢纤维、微晶纤维素、碳纳米管复合材料、钛酸钡、凹凸棒粘土、金属氧化物、膨润土、二辛基琥珀酸磺酸钠、硫化剂PDM、分散剂WB222和聚四氟乙烯进行混合粉碎，将混合粉碎后的胶粉过滤以除去杂质，得到预胶粉；
（2）将预胶粉装入真空环境中的压膜中，在150-160℃的温度下加工成型，保温2-3 h，接着升温到250-260℃，保温1-2h，在升温到350-380℃，保温5-15 min；
（3）将模具置于平板硫化机中进行硫化成型；
其中，各组分的重量份组成为：氯醚橡胶5-10份、丙烯酸酯橡胶10-15份、硼纤维10-15份、碳钢纤维5-8份、微晶纤维素3-7份、碳纳米管复合材料8-10份、钛酸钡3-5份、凹凸棒粘土5-10份、金属氧化物4-7份、膨润土3-6份、二辛基琥珀酸磺酸钠0.5-1份、硫化剂PDM 0.5-1.5份、分散剂WB222 0.5-1份、聚四氟乙烯余量；
所述的碳纳米管复合材料由以下方法制得：首先，羟甲基双酚A二缩水甘油醚与85％的四氢苯酐混合；其次，加入2-4%的碳纳米管并使用高速磁力搅拌器在50-60℃下搅拌1-2h，再超声分散20-30 min；最后，将1％的2-甲基咪唑添加到混合物中在室温温度下缓慢搅拌均匀后倒入模具固化，在80℃固化2 h，120℃固化3 h，135℃固化4-6 h，固化后脱模，经机械锻磨后得碳纳米管复合材料。
2.由权利要求1所述的一种密封圈材料的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管直径为2-50 nm。
3.由权利要求1所述的一种密封圈材料的制备方法，其特征在于，所述的金属氧化物为四氧化三铁与氧化锌按质量比（3-5）:1组成。
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