CN106674770A - 一种长寿命管道橡胶密封件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长寿命管道橡胶密封件及其制备方法。其组份以重量份计，包括三元乙丙橡胶40‑60份；充油三元乙丙橡胶40‑60份；聚烯烃弹性体10‑20份；活性剂5‑10份；硫化剂3‑6份；次磺酰胺类促进剂0.3‑0.6份；填充补强剂50‑70份；增塑剂14‑26份。本发明选用第三单体含量低的三元乙丙橡胶与第三单体含量中等的充油三元乙丙橡胶作为基料，同时加入特定量的POE改善耐老化性，并配合硫化体系的改进，使得硫化产品的性能得到极大的提高，有良好的机械性能、耐老化性能和极低压缩永久变形性能，同时也改善了胶料的加工工艺性能，降低制造成本，并能产出较好的经济效益，同时使用寿命可以达到100年。

Description

一种长寿命管道橡胶密封件及其制备方法
技术领域
本发明涉及管道密封件领域，特别是涉及一种用于输送水介质的球墨铸铁管道橡胶密封件。
背景技术
国务院印发的“水十条”明确提出：“提高用水效率”、“抓好工业节水”、“加强城镇节水”，“到2017年，全国公共供水管网漏损率控制在12％以内；到2020年，控制在10％以内。”目前，在给排水管道行业中，长期存在重视管道及管道配件，但是对用于管道密封的橡胶配件不够重视的现象。殊不知在整个管线中，橡胶密封件起画龙点睛的作用，虽然在一条管线中，密封件成本极小，但是一旦密封件出现问题，就会影响整条管线的质量，漏水、返工等一系列问题会对整个工程造成极大的影响和经济损失，因此，需要尽快提高橡胶密封件质量与寿命，防止漏水，达到“节水”和“提高用水效率”的目的。
同时，国务院推进的地下综合管廊结构设计使用年限为100年，因此，安装于管廊内的各种输水管线(包含管、管件、橡胶密封圈)的寿命都应该能达到100年才能满足要求，否则漏水事故会影响管廊寿命。目前，铸铁管及铸铁管件本身寿命能达到100年是行业共识，然而，用于连接铸铁管的橡胶密封件一般使用年限为50年左右，只有管材寿命的一半，即管道安装后50年左右时间橡胶密封件失去密封作用，丧失使用性能，而使管道输送介质发生泄漏，此时整个管线便需要重新铺设，造成极大的工程浪费，这是远远不能满足地下综合管廊寿命要求的，因此，必须尽快提高橡胶密封件性能和使用寿命。
在球墨铸铁管的静密封使用中，橡胶密封件受到铸管承口和插口的压力，以及流水的压力，从而产生压缩变形，因此，影响橡胶密封件使用寿命最关键的性能指标就是压缩永久变形。压缩永久变形越大，其回弹性越差，橡胶密封件在受到压缩后变形越容易，形变后橡胶密封件对承口和插口的张力越小，因此在一定压力下容易产生渗漏，导致橡胶密封件使用寿命越短，反之，压缩永久形变越小，橡胶密封件的寿命则越长。影响橡胶密封件压缩永久变形的主要因素是橡胶配方设计和加工工艺。
现有橡胶密封件最早使用的配方是单独采用三元乙丙橡胶作为基料，虽然在炼胶、出型等工艺上较为容易，但是为了达到要求的硬度等级，且在保证产品成本的前提下，需要添加填充剂，同时需要增加软化剂用量。软化剂用量较多，如环烷烃油等，作为低分子物质，在压缩变形的条件下，容易在硫化橡胶中析出，低分子物质析出后，橡胶压缩变形便不可恢复，导致在一定时间内失去使用性能。CN102030949A采用两种不同的三元乙丙橡胶复合制备橡胶制品，但是这两种橡胶的门尼粘度差别大，而且加工工艺性能差，并未很好改善加工性和耐老化性，选用ENB含量配合的EPDM主胶不能够达到极低的压缩永久变形，虽然能够在较高温度下使用，但是使用寿命仍达不到预期；CN103319792A中采用EPDM和POE弹性体连用制备橡胶复合材料，也没有改善压缩永久变形；EP0495791B1虽然改善了硫化体系，但是选用的共混橡胶复合也未改善压缩永久变形。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种长寿命管道橡胶密封件及其制备方法。
为克服上述现有技术中存在的缺陷，提高橡胶密封件的耐老化性能和压缩永久变形性能，从而提高橡胶密封件的寿命，本发明选用第三单体含量低的三元乙丙橡胶与第三单体含量中等的充油三元乙丙橡胶作为基料，同时加入特定量的POE改善耐老化性，并配合硫化体系的改进，使得硫化产品的性能得到极大的提高，有良好的机械性能、耐老化性能和极低压缩永久变形性能，同时也改善了胶料的加工工艺性能，降低制造成本，并能产出较好的经济效益，同时使用寿命可以达到100年。
一种长寿命管道橡胶密封件，其组份以重量份计，包括以下组份：
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，所述三元乙丙橡胶中乙烯含量为50-60％，第三单体ENB的含量为0.5-2.5％，门尼粘度为40-50；
所述充油三元乙丙橡胶中乙烯含量为60-70％，第三单体ENB的含量为4-5％，门尼粘度为40-50，每百份橡胶充石蜡油75份；
所述聚烯烃弹性体的门尼粘度为50-70，熔融指数为0.5-5；
所述硫化剂为硫磺和过氧化物。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，所述活性剂为金属氧化物和硬脂酸中的至少一种。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，所述活性剂包括4-6份金属氧化物、1-4份硬脂酸。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，所述硫化剂包括0.3-0.6份硫磺、2-5份无味过氧化二异丙苯。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，所述次磺酰胺类促进剂为N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，所述填充补强剂为炭黑和煅烧陶土。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，所述填充补强剂为40-60份炭黑和5-10份煅烧陶土。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，所述增塑剂为石蜡油和烷基酚醛树脂。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，所述增塑剂为10-20份石蜡油和4-6份烷基酚醛树脂。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，其组分还包括1-2份微晶蜡。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件，其中，其组分还包括0.2-0.4份防老剂。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件的制备方法，其步骤包括炼胶、返炼、硫化、二段硫化、
本发明的长寿命管道橡胶密封件的制备方法，其中，所述炼胶通过使用三元乙丙橡胶40-60份和充油三元乙丙橡胶40-60份在开炼机进行并炼，再加入聚烯烃弹性体10-20份，薄通4-6次，辊距1mm；再加入填充补强剂和增塑剂，最后加入其它组分，混炼时间10-15min，辊距3mm，开炼机温度控制60-80℃，出片停放24小时。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件的制备方法，其中，所述返炼指将停放24小时后的混炼胶进行返炼，薄通次数4-6次，辊距1mm，开炼机温度40-60℃，然后出片，片厚3-5mm。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件的制备方法，其中，所述硫化使用平板硫化机模压硫化，温度160-170℃，时间60-80min。
本发明所述的长寿命管道橡胶密封件的制备方法，其中，所述二段硫化是在硫化完成后进行二段硫化，在循环热空气老化箱中进行，温度150-170℃，时间100-140min。
同现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：
(1)本发明通过优化配方设计，改进加工工艺，造出极低压缩永久变形的硫化橡胶制品，用于球墨铸铁管道之间的柔性连接，达到输送介质在管道内的密封。
(2)经过权威机构检测，并且经过模拟验证，试验方法采用《GBT 27800-2011静密封橡胶制品使用寿命的快速预测方法》，该橡胶密封件使用寿命可达到100年。相对于目前输水管道密封件50年的使用寿命提高了一倍，完全减少输水管线重复建设周期，节约成本。
(3)新发明产品不改变现有产品外观结构，尺寸、结构等与现有产品完全相符，与现有管道完美配合，与现有施工方法一致，不增加任何工作量。
下面结合具体实施例对本发明的长寿命管道橡胶密封件及其制备方法作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
长寿命管道橡胶密封件，其组份以重量份计，包括以下组份：
其中，三元乙丙橡胶，乙烯含量50-60％，第三单体ENB含量0.5-2.5％，门尼粘度40-50；
充油三元乙丙橡胶，乙烯含量60-70％，第三单体ENB含量4-5％，门尼粘度40-50，每百份橡胶充石蜡油75份；
聚烯烃弹性体(即POE)的门尼粘度50-70，熔融指数0.5-5。
硫化剂为硫磺和过氧化物。
所用橡胶主要选用美国陶氏化学公司和德国朗盛化学公司的产品，通过在橡胶配方中增加了充油橡胶，且在充油橡胶合成过程中加入适量软化剂，通过后续一系列反应后，使得软化剂在橡胶中的分散和结合度更好，相较于后加入软化剂的情形，软化剂不容易析出，可以提高产品的压缩永久变形性能。
为了提高两种橡胶的混炼效果，选取了门尼粘度均为40-50的三元乙丙橡胶与充油三元乙丙橡胶，从而具有良好的加工性能。同时，研究人发现，第三单体含量低的三元乙丙橡胶相较于第三单体含量高的三元乙丙橡胶具有更好的耐老化性能，第三单体ENB含量在0.5-2.5％间的效果最优；而聚烯烃弹性体具有良好的韧性和弹性，分子结构中没有不饱和双键，耐老化性能较好，分子量分布较窄，流动性良好，门尼粘度与三元乙丙橡胶相近，通过塑炼后具有与三元乙丙橡胶良好的相容性和加工性。
相对于传统的三元乙丙橡胶制品，采用第三单体ENB含量在0.5-2.5％间的三元乙丙橡胶与第三单体ENB含量在4-5％间的充油三元乙丙橡胶和特定量的POE并用，可以显著提高橡胶密封件的耐老化性能，从而延长橡胶密封件的使用寿命。
由于POE弹性体为饱和链段结构，为了进一步提高橡胶的交联程度，需要改善硫化体系，使用硫磺和过氧化物作为硫化剂，并使用次磺酰胺类促进剂，能够有效提高交联程度，改善以往配方中由于交联程度不够而导致的压缩永久变形性能较差的问题，从而得到耐老化性能和加工性能好、具有极低压缩永久变形的硫化橡胶产品。通过测量其交联程度，不存在双键，说明硫化橡胶的老化性能能够得到极大的提升，使用寿命也得到了延长。
配方中，三元乙丙橡胶40份，充油三元乙丙橡胶40份，聚烯烃弹性体(POE)10份，且三者含量非常重要，在改善加工性能的同时，也提高了橡胶的交联程度。
硫化剂为0.3份硫磺和2.7份无味过氧化二异丙苯。
促进剂为N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺(OTOS)。
通常压缩永久变形性能的高低主要由橡胶的交联密度和键能大小决定的，硫化体系的选择非常重要，一般来说，过氧化物硫化体系强于有效硫化体系，本实施例采用特定含量的两类硫化剂与促进剂相结合的硫化体系，极大地提高了橡胶的交联程度。
活性剂可以为各种常规的用于橡胶配方的活性剂，能够起到活化促进的作用，例如金属氧化物和/或硬脂酸，优选为4份金属氧化物、1份硬脂酸。
填充补强剂为40份炭黑和10份煅烧陶土。
增塑剂为10份石蜡油和4份烷基酚醛树脂。
橡胶密封件的组分还包括1份微晶蜡。
橡胶密封件的组分还包括0.2份防老剂。
本实施例中多种橡胶基材和弹性体并用，通过添加配合剂，起到多种材料协同效应。
长寿命管道橡胶密封件的制备工艺，具体工艺步骤包括：炼胶、返炼、硫化、二段硫化。
(1)炼胶通过使用三元乙丙橡胶40份和充油三元乙丙橡胶40份在开炼机上进行并炼，再加入POE10份，薄通4-6次，辊距1mm；再加入填充补强剂和增塑剂，最后加入其它组分，混炼时间10-15min，辊距3mm，开炼机温度控制60-80℃，出片停放24h。
(2)返炼指将停放24小时后的混炼胶进行返炼，薄通次数4-6次，辊距1mm，开炼机温度40-60℃，然后出片，片厚3-5mm。
(3)硫化使用平板硫化机模压硫化，温度160-170℃，时间60-80min。
(4)二段硫化是在硫化完成后进行二段硫化，在循环热空气老化箱中进行，温度150-170℃，时间100-140min。
混炼工艺对混炼胶性能影响非常大，主要是提高各种配合剂在橡胶中的分散均匀度，控制加料顺序、混炼时间、混炼温度、混炼容量、停放时间等，保证配合剂分散均匀，消除内应力，保证混炼胶质量。
硫化过程中，时间和温度的控制对硫化橡胶压缩永久变形影响极大，不能过硫或者欠硫等。同时对于橡胶配方中的低分子物质容易挥发的缺点需适当增加二段硫化工艺，选择合适的二段硫化温度和时间，将低分子物质挥发完，以提高硫化橡胶压缩永久变形性能。
实施例2
长寿命管道橡胶密封件，其组份以重量份计，包括以下组份：
其中，三元乙丙橡胶，乙烯含量50-60％，第三单体ENB含量0.5-2.5％，门尼粘度40-50；
充油三元乙丙橡胶，乙烯含量60-70％，第三单体ENB含量4-5％，门尼粘度40-50，每百份橡胶充石蜡油75份；
聚烯烃弹性体(即POE)门尼粘度50-70，熔融指数0.5-5。
硫化剂为硫磺和过氧化物。
所用橡胶主要选用美国陶氏化学公司和德国朗盛化学公司的产品，通过在橡胶配方中增加了充油橡胶，且在充油橡胶合成过程中加入适量软化剂，通过后续一系列反应后，使得软化剂在橡胶中的分散和结合度更好，相较于后加入软化剂的情形，软化剂不容易析出，可以提高产品的压缩永久变形性能。
为了提高两种橡胶的混炼效果，选取了门尼粘度均为40-50的三元乙丙橡胶与充油三元乙丙橡胶，从而具有良好的加工性能。同时，研究发现，第三单体含量低的三元乙丙橡胶相较于第三单体含量高的三元乙丙橡胶具有更好的耐老化性能，第三单体ENB含量在0.5-2.5％间的效果最优；而聚烯烃弹性体具有良好的韧性和弹性，分子结构中没有不饱和双键，耐老化性能较好，分子量分布较窄，流动性良好，门尼粘度与三元乙丙橡胶相近，通过塑炼后具有与三元乙丙橡胶良好的相容性和加工性。
相对于传统的三元乙丙橡胶制品，采用第三单体ENB含量在0.5-2.5％间的三元乙丙橡胶与第三单体ENB含量在4-5％间的充油三元乙丙橡胶和特定量的POE并用，可以显著提高橡胶密封件的耐老化性能，从而延长橡胶密封件的使用寿命。由于POE弹性体为饱和链段结构，为了进一步提高橡胶的交联程度，需要改善硫化体系，使用硫磺和过氧化物作为硫化剂，并使用次磺酰胺类促进剂，能够有效提高交联程度，改善以往配方中由于交联程度不够而导致的压缩永久变形性能较差的问题，从而得到耐老化性能和加工性能好、具有极低压缩永久变形的硫化橡胶产品。通过测量其交联程度，不存在双键，说明硫化橡胶的老化性能能够得到极大的提升，使用寿命也得到了延长。
配方中，三元乙丙橡胶60份，充油三元乙丙橡胶60份，聚烯烃弹性体(POE)20份，且三者含量非常重要，在改善加工性能的同时，也提高了橡胶的交联程度。
硫化剂为0.6份硫磺和4.4份无味过氧化二异丙苯。
促进剂为N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺(OTOS)。
通常压缩永久变形性能的高低主要由橡胶的交联密度和键能大小决定的，硫化体系的选择非常重要，一般来说，过氧化物硫化体系强于有效硫化体系，本发明采用特定含量的两类硫化剂与促进剂相结合的硫化体系，极大地提高了橡胶的交联程度。
活性剂可以为各种常规的用于橡胶配方的活性剂，能够起到活化促进的作用，例如金属氧化物和/或硬脂酸，优选为6份金属氧化物、4份硬脂酸。
填充补强剂为60份炭黑和10份煅烧陶土。
增塑剂为20份石蜡油和6份烷基酚醛树脂。
橡胶密封件的组份还包括1.5份微晶蜡。
橡胶密封件的组份还包括0.3份防老剂。
本实施例中多种橡胶基材和弹性体并用，通过添加配合剂，起到多种材料协同效应。
长寿命管道橡胶密封件的制备工艺，具体工艺步骤包括：炼胶、返炼、硫化、二段硫化。
(1)炼胶通过使用三元乙丙橡胶60份和充油三元乙丙橡胶60份在开炼机上进行并炼，再加入POE20份，薄通4-6次，辊距1mm；再加入填充补强剂和增塑剂，最后加入其它组分，混炼时间10-15min，辊距3mm，开炼机温度控制60-80℃，出片停放24h。
(2)返炼指将停放24小时后的混炼胶进行返炼，薄通次数4-6次，辊距1mm，开炼机温度40-60℃，然后出片，片厚3-5mm。
(3)硫化使用平板硫化机模压硫化，温度160-170℃，时间60-80min。
(4)二段硫化是在硫化完成后进行二段硫化，在循环热空气老化箱中进行，温度150-170℃，时间100-140min。
混炼工艺对混炼胶性能影响非常大，主要是提高各种配合剂在橡胶中的分散均匀度，控制加料顺序、混炼时间、混炼温度、混炼容量、停放时间等，保证配合剂分散均匀，消除内应力，保证混炼胶质量。
硫化过程中，时间和温度的控制对硫化橡胶压缩永久变形影响极大，不能过硫或者欠硫等。同时对于橡胶配方中的低分子物质容易挥发的缺点需适当增加二段硫化工艺，选择合适的二段硫化温度和时间，将低分子物质挥发完，以提高硫化橡胶压缩永久变形性能。
实施例3
长寿命管道橡胶密封件，以重量份计，包括以下组份：
其中，三元乙丙橡胶，乙烯含量50-60％，第三单体ENB含量0.5-2.5％，门尼粘度40-50；
充油三元乙丙橡胶，乙烯含量60-70％，第三单体ENB含量4-5％，门尼粘度40-50，每百份橡胶充石蜡油75份；
聚烯烃弹性体(即POE)门尼粘度50-70，熔融指数0.5-5。
硫化剂为硫磺和过氧化物。
本实施例中所用橡胶主要选用美国陶氏化学公司和德国朗盛化学公司的产品，通过在橡胶配方中增加了充油橡胶，且在充油橡胶合成过程中加入适量软化剂，通过后续一系列反应后，使得软化剂在橡胶中的分散和结合度更好，相较于后加入软化剂的情形，软化剂不容易析出，可以提高产品的压缩永久变形性能。
为了提高两种橡胶的混炼效果，选取了门尼粘度均为40-50的三元乙丙橡胶与充油三元乙丙橡胶，从而具有良好的加工性能。同时，研究发现，第三单体含量低的三元乙丙橡胶相较于第三单体含量高的三元乙丙橡胶具有更好的耐老化性能，第三单体ENB含量在0.5-2.5％间的效果最优；而聚烯烃弹性体具有良好的韧性和弹性，分子结构中没有不饱和双键，耐老化性能较好，分子量分布较窄，流动性良好，门尼粘度与三元乙丙橡胶相近，通过塑炼后具有与三元乙丙橡胶良好的相容性和加工性。
相对于传统的三元乙丙橡胶制品，采用第三单体ENB含量在0.5-2.5％间的三元乙丙橡胶与第三单体ENB含量在4-5％间的充油三元乙丙橡胶和特定量的POE并用，可以显著提高橡胶密封件的耐老化性能，从而延长橡胶密封件的使用寿命。由于POE弹性体为饱和链段结构，为了进一步提高橡胶的交联程度，需要改善硫化体系，使用硫磺和过氧化物作为硫化剂，并使用次磺酰胺类促进剂，能够有效提高交联程度，改善以往配方中由于交联程度不够而导致的压缩永久变形性能较差的问题，从而得到耐老化性能和加工性能好、具有极低压缩永久变形的硫化橡胶产品。通过测量其交联程度，不存在双键，说明硫化橡胶的老化性能能够得到极大的提升，使用寿命也得到了延长。
配方中，三元乙丙橡胶40-60份，充油三元乙丙橡胶40-60份，聚烯烃弹性体(POE)10-20份，且三者含量非常重要，在改善加工性能的同时，也提高了橡胶的交联程度。
硫化剂为0.5份硫磺和3.5份无味过氧化二异丙苯。
促进剂为N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺(OTOS)。
通常压缩永久变形性能的高低主要由橡胶的交联密度和键能大小决定的，硫化体系的选择非常重要，一般来说，过氧化物硫化体系强于有效硫化体系，本发明采用特定含量的两类硫化剂与促进剂相结合的硫化体系，极大地提高了橡胶的交联程度。
活性剂可以为各种常规的用于橡胶配方的活性剂，能够起到活化促进的作用，例如金属氧化物和/或硬脂酸，优选为5份金属氧化物、1份硬脂酸。
填充补强剂为45份炭黑和10份煅烧陶土。
增塑剂为12份石蜡油和6份烷基酚醛树脂。
橡胶密封件的组份还包括2份微晶蜡。
橡胶密封件的组份还包括0.4份防老剂。
本实施例中多种橡胶基材和弹性体并用，通过添加配合剂，起到多种材料协同效应。
长寿命管道橡胶密封件的制备工艺，具体工艺步骤包括：炼胶、返炼、硫化、二段硫化。
(1)炼胶通过使用三元乙丙橡胶45份和充油三元乙丙橡胶45份在开炼机上进行并炼，再加入POE15份，薄通4-6次，辊距1mm；再加入填充补强剂和增塑剂，最后加入其它组分，混炼时间10-15min，辊距3mm，开炼机温度控制60-80℃，出片停放24h。
(2)返炼指将停放24小时后的混炼胶进行返炼，薄通次数4-6次，辊距1mm，开炼机温度40-60℃，然后出片，片厚3-5mm。
(3)硫化使用平板硫化机模压硫化，温度160-170℃，时间60-80min。
(4)二段硫化是在硫化完成后进行二段硫化，在循环热空气老化箱中进行，温度150-170℃，时间100-140min。
混炼工艺对混炼胶性能影响非常大，主要是提高各种配合剂在橡胶中的分散均匀度，控制加料顺序、混炼时间、混炼温度、混炼容量、停放时间等，保证配合剂分散均匀，消除内应力，保证混炼胶质量。
硫化过程中，时间和温度的控制对硫化橡胶压缩永久变形影响极大，不能过硫或者欠硫等。同时对于橡胶配方中的低分子物质容易挥发的缺点需适当增加二段硫化工艺，选择合适的二段硫化温度和时间，将低分子物质挥发完，以提高硫化橡胶压缩永久变形性能。
实施例4
长寿命管道橡胶密封件，以重量份计，包括以下组份：
其中，三元乙丙橡胶，乙烯含量50-60％，第三单体ENB含量0.5-2.5％，门尼粘度40-50；
充油三元乙丙橡胶，乙烯含量60-70％，第三单体ENB含量4-5％，门尼粘度40-50，每百份橡胶充石蜡油75份；
聚烯烃弹性体(即POE)门尼粘度50-70，熔融指数0.5-5。
硫化剂为硫磺和过氧化物。
本实施例中所用橡胶主要选用美国陶氏化学公司和德国朗盛化学公司的产品，通过在橡胶配方中增加了充油橡胶，且在充油橡胶合成过程中加入适量软化剂，通过后续一系列反应后，使得软化剂在橡胶中的分散和结合度更好，相较于后加入软化剂的情形，软化剂不容易析出，可以提高产品的压缩永久变形性能。
为了提高两种橡胶的混炼效果，选取了门尼粘度均为40-50的三元乙丙橡胶与充油三元乙丙橡胶，从而具有良好的加工性能。同时，研究发现，第三单体含量低的三元乙丙橡胶相较于第三单体含量高的三元乙丙橡胶具有更好的耐老化性能，第三单体ENB含量在0.5-2.5％间的效果最优；而聚烯烃弹性体具有良好的韧性和弹性，分子结构中没有不饱和双键，耐老化性能较好，分子量分布较窄，流动性良好，门尼粘度与三元乙丙橡胶相近，通过塑炼后具有与三元乙丙橡胶良好的相容性和加工性。相对于传统的三元乙丙橡胶制品，采用第三单体ENB含量在0.5-2.5％间的三元乙丙橡胶与第三单体ENB含量在4-5％间的充油三元乙丙橡胶和特定量的POE并用，可以显著提高橡胶密封件的耐老化性能，从而延长橡胶密封件的使用寿命。由于POE弹性体为饱和链段结构，为了进一步提高橡胶的交联程度，需要改善硫化体系，使用硫磺和过氧化物作为硫化剂，并使用次磺酰胺类促进剂，能够有效提高交联程度，改善以往配方中由于交联程度不够而导致的压缩永久变形性能较差的问题，从而得到耐老化性能和加工性能好、具有极低压缩永久变形的硫化橡胶产品。通过测量其交联程度，不存在双键，说明硫化橡胶的老化性能能够得到极大的提升，使用寿命也得到了延长。
配方中，三元乙丙橡胶50份，充油三元乙丙橡胶50份，聚烯烃弹性体(POE)18份，且三者含量非常重要，在改善加工性能的同时，也提高了橡胶的交联程度。
硫化剂为0.4份硫磺，4.4份无味过氧化二异丙苯。
促进剂优选N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺(OTOS)。
通常压缩永久变形性能的高低主要由橡胶的交联密度和键能大小决定的，硫化体系的选择非常重要，一般来说，过氧化物硫化体系强于有效硫化体系，本发明采用特定含量的两类硫化剂与促进剂相结合的硫化体系，极大地提高了橡胶的交联程度。
活性剂可以为各种常规的用于橡胶配方的活性剂，能够起到活化促进的作用，例如金属氧化物和/或硬脂酸，优选为6份金属氧化物、2份硬脂酸。
填充补强剂为50份炭黑和10份煅烧陶土。
增塑剂为16份石蜡油和6份烷基酚醛树脂。
橡胶密封件的组份还包括1.8份微晶蜡。
橡胶密封件的组份还包括0.4份防老剂。
本实施例中多种橡胶基材和弹性体并用，通过添加配合剂，起到多种材料协同效应。
长寿命管道橡胶密封件的制备工艺，具体工艺步骤包括：炼胶、返炼、硫化、二段硫化。
(1)炼胶通过使用三元乙丙橡胶50份和充油三元乙丙橡胶50份在开炼机上进行并炼，再加入POE18份，薄通4-6次，辊距1mm；再加入填充补强剂和增塑剂，最后加入其它组分，混炼时间10-15min，辊距3mm，开炼机温度控制60-80℃，出片停放24h。
(2)返炼指将停放24小时后的混炼胶进行返炼，薄通次数4-6次，辊距1mm，开炼机温度40-60℃，然后出片，片厚3-5mm。
(3)硫化使用平板硫化机模压硫化，温度160-170℃，时间60-80min。
(4)二段硫化是在硫化完成后进行二段硫化，在循环热空气老化箱中进行，温度150-170℃，时间100-140min。
混炼工艺对混炼胶性能影响非常大，主要是提高各种配合剂在橡胶中的分散均匀度，控制加料顺序、混炼时间、混炼温度、混炼容量、停放时间等，保证配合剂分散均匀，消除内应力，保证混炼胶质量。
硫化过程中，时间和温度的控制对硫化橡胶压缩永久变形影响极大，不能过硫或者欠硫等。同时对于橡胶配方中的低分子物质容易挥发的缺点需适当增加二段硫化工艺，选择合适的二段硫化温度和时间，将低分子物质挥发完，以提高硫化橡胶压缩永久变形性能。
实施例5
长寿命管道橡胶密封件，以重量份计，包括以下组份：
其中，所述三元乙丙橡胶，乙烯含量50-60％，第三单体ENB含量0.5-2.5％，门尼粘度40-50；
充油三元乙丙橡胶，乙烯含量60-70％，第三单体ENB含量4-5％，门尼粘度40-50，每百份橡胶充石蜡油75份；
聚烯烃弹性体(即POE)门尼粘度50-70，熔融指数0.5-5。
所述硫化剂为硫磺和过氧化物。
本发明中所用橡胶主要选用美国陶氏化学公司和德国朗盛化学公司的产品，通过在橡胶配方中增加了充油橡胶，且在充油橡胶合成过程中加入适量软化剂，通过后续一系列反应后，使得软化剂在橡胶中的分散和结合度更好，相较于后加入软化剂的情形，软化剂不容易析出，可以提高产品的压缩永久变形性能。
为了提高两种橡胶的混炼效果，选取了门尼粘度均为40-50的三元乙丙橡胶与充油三元乙丙橡胶，从而具有良好的加工性能。同时，研究人员发现，第三单体含量低的三元乙丙橡胶相较于第三单体含量高的三元乙丙橡胶具有更好的耐老化性能，ENB含量在0.5-2.5％间的效果最优；而聚烯烃弹性体具有良好的韧性和弹性，分子结构中没有不饱和双键，耐老化性能较好，分子量分布较窄，流动性良好，门尼粘度与三元乙丙橡胶相近，通过塑炼后具有与三元乙丙橡胶良好的相容性和加工性。相对于传统的三元乙丙橡胶制品，采用第三单体ENB含量在0.5-2.5％间的三元乙丙橡胶与第三单体ENB含量在4-5％间的充油三元乙丙橡胶和特定量的POE并用，可以显著提高橡胶密封件的耐老化性能，从而延长橡胶密封件的使用寿命。由于POE弹性体为饱和链段结构，为了进一步提高橡胶的交联程度，需要改善硫化体系，使用硫磺和过氧化物作为硫化剂，并使用次磺酰胺类促进剂，能够有效提高交联程度，改善以往配方中由于交联程度不够而导致的压缩永久变形性能较差的问题，从而得到耐老化性能和加工性能好、具有极低压缩永久变形的硫化橡胶产品。通过测量其交联程度，不存在双键，说明硫化橡胶的老化性能能够得到极大的提升，使用寿命也得到了延长。
配方中，三元乙丙橡胶40-60份，充油三元乙丙橡胶40-60份，聚烯烃弹性体(POE)10-20份，且三者含量非常重要，在改善加工性能的同时，也提高了橡胶的交联程度。
所述硫化剂优选为0.3-0.6份硫磺，2-5份无味过氧化二异丙苯。
所述促进剂优选N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺(OTOS)。
通常压缩永久变形性能的高低主要由橡胶的交联密度和键能大小决定的，硫化体系的选择非常重要，一般来说，过氧化物硫化体系强于有效硫化体系，本发明采用特定含量的两类硫化剂与促进剂相结合的硫化体系，极大地提高了橡胶的交联程度。
所述活性剂可以为各种常规的用于橡胶配方的活性剂，能够起到活化促进的作用，例如金属氧化物和/或硬脂酸，优选为4-6份金属氧化物、1-2份硬脂酸。
所述填充补强剂优选炭黑和煅烧陶土，优选为40-60份炭黑和5-10份煅烧陶土。
所述增塑剂优选石蜡油和烷基酚醛树脂，优选为为10-20份石蜡油和4-6份烷基酚醛树脂。
所述的橡胶密封件，还包括1-2份微晶蜡。
所述的橡胶密封件，还包括0.2-0.4份防老剂。
本发明中多种橡胶基材和弹性体并用，通过添加配合剂，起到多种材料协同效应。
长寿命管道橡胶密封件的制备工艺，具体工艺步骤包括：炼胶、返炼、硫化、二段硫化。
(1)炼胶通过使用三元乙丙橡胶40-60份和充油三元乙丙橡胶40-60份在开炼机上进行并炼，再加入POE10-20份，薄通4-6次，辊距1mm；再加入填充补强剂和增塑剂，最后加入其它组分，混炼时间10-15min，辊距3mm，开炼机温度控制60-80℃，出片停放24h。
(2)返炼指将停放24小时后的混炼胶进行返炼，薄通次数4-6次，辊距1mm，开炼机温度40-60℃，然后出片，片厚3-5mm。
(3)硫化使用平板硫化机模压硫化，温度160-170℃，时间60-80min。
(4)二段硫化是在硫化完成后进行二段硫化，在循环热空气老化箱中进行，温度150-170℃，时间100-140min。
混炼工艺对混炼胶性能影响非常大，主要是提高各种配合剂在橡胶中的分散均匀度，控制加料顺序、混炼时间、混炼温度、混炼容量、停放时间等，保证配合剂分散均匀，消除内应力，保证混炼胶质量。
硫化过程中，时间和温度的控制对硫化橡胶压缩永久变形影响极大，不能过硫或者欠硫等。同时对于橡胶配方中的低分子物质容易挥发的缺点需适当增加二段硫化工艺，选择合适的二段硫化温度和时间，将低分子物质挥发完，以提高硫化橡胶压缩永久变形性能。
为了突出本发明的有益效果，还采用现有技术进行了对比例试验：
对比例1
所述三元乙丙橡胶橡胶乙烯含量60-70％，第三单体ENB含量5.5-6.5％，门尼粘度50-60。
其他均使用市售常用工业材料。
对比例2
所述三元乙丙橡胶橡胶乙烯含量50-60％，第三单体ENB含量4.5-5.5％，门尼粘度40-50。
充油三元乙丙橡胶乙烯含量65-75％，第三单体ENB含量4-5％，门尼粘度60-70，每百份橡胶充石蜡油75份。
其他均使用市售常用工业材料。
试验方法采用《GBT 27800-2011静密封橡胶制品使用寿命的快速预测方法》，比较分析测试结果，与现有技术相比，实施例1-5生产的产品使用寿命较现有产品提升一倍以上，使用年限可以达到100年左右的时间，完全可以满足与之配套的管道寿命匹配。对原三元乙丙橡胶进行配方改性研究，通过加入聚烯烃弹性体以及对硫化体系的适当调整，使得硫化产品的性能得到极大的提高，具有良好的机械性能、耐老化性能和极低压缩永久变形性能，同时也改善了胶料的加工工艺性能。同时还降低该材料的制造成本，从而产出较好的经济效益。
具体实验数据如下：
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (17)

1.一种长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：其组份以重量份计，包括以下组份：
2.根据权利要求1所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：所述三元乙丙橡胶中乙烯含量为50-60％，第三单体ENB的含量为0.5-2.5％，门尼粘度为40-50；
所述充油三元乙丙橡胶中乙烯含量为60-70％，第三单体ENB的含量为4-5％，门尼粘度为40-50，每百份橡胶充石蜡油75份；
所述聚烯烃弹性体的门尼粘度为50-70，熔融指数为0.5-5；
所述硫化剂为硫磺和过氧化物。
3.根据权利要求2所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：所述活性剂为金属氧化物和硬脂酸中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：所述活性剂包括4-6份金属氧化物、1-4份硬脂酸。
5.根据权利要求2所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：所述硫化剂包括0.3-0.6份硫磺、2-5份无味过氧化二异丙苯。
6.根据权利要求2所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：所述次磺酰胺类促进剂为N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺。
7.根据权利要求2所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：所述填充补强剂为炭黑和煅烧陶土。
8.根据权利要求7所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：所述填充补强剂为40-60份炭黑和5-10份煅烧陶土。
9.根据权利要求2所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：所述增塑剂为石蜡油和烷基酚醛树脂。
10.根据权利要求9所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：所述增塑剂为10-20份石蜡油和4-6份烷基酚醛树脂。
11.根据权利要求2所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：其组分还包括1-2份微晶蜡。
12.根据权利要求2所述的长寿命管道橡胶密封件，其特征在于：其组分还包括0.2-0.4份防老剂。
13.权利要求1-12中任一项所述的长寿命管道橡胶密封件的制备方法，其特征在于：步骤包括炼胶、返炼、硫化、二段硫化。
14.根据权利要求13所述的长寿命管道橡胶密封件的制备方法，其特征在于：所述炼胶通过使用三元乙丙橡胶40-60份和充油三元乙丙橡胶40-60份在开炼机进行并炼，再加入聚烯烃弹性体10-20份，薄通4-6次，辊距1mm；再加入填充补强剂和增塑剂，最后加入其它组分，混炼时间10-15min，辊距3mm，开炼机温度控制60-80℃，出片停放24小时。
15.根据权利要求14所述的长寿命管道橡胶密封件的制备方法，其特征在于：所述返炼指将停放24小时后的混炼胶进行返炼，薄通次数4-6次，辊距1mm，开炼机温度40-60℃，然后出片，片厚3-5mm。
16.根据权利要求15所述的长寿命管道橡胶密封件的制备方法，其特征在于：所述硫化使用平板硫化机模压硫化，温度160-170℃，时间60-80min。
17.根据权利要求16所述的长寿命管道橡胶密封件的制备方法，其特征在于：所述二段硫化是在硫化完成后进行二段硫化，在循环热空气老化箱中进行，温度150-170℃，时间100-140min。
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