CN106750594A - 一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料 - Google Patents

一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其原料按重量份包括：天然橡胶80‑100份、丁苯橡胶20‑40份、三元乙丙橡胶10‑30份、磷酸酯改性聚氨酯弹性体10‑30份、过氧化二异丙苯2‑4份、硫磺0.5‑1份、促进剂DM 1‑3份、促进剂TAIC 2‑4份、氧化锌3‑8份、硬脂酸1‑3份、炭黑N660 6‑10份、二氧化钛5‑10份、石英粉2‑5份、方解石粉10‑18份、蛋白石粉6‑15份、硅烷偶联剂1‑4份、硼酸锌2‑8份、三聚氰胺1‑4份、防老剂4010NA 1‑2份、防老剂MB 2‑4份、防老剂AW 1‑3份。本发明中所述橡胶材料具有良好的阻燃性、耐老化性以及优异的耐候性能。

Description

一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，特别是一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料。
背景技术
密封圈为汽车上常用的密封原件，主要用于静密封和往复运动密封。汽车燃油泵中常用的密封件是密封圈，密封圈具有良好的密封性能，使用范围广，因此在汽车的设计中得到越来越多的应用。密封圈材料的选择对其密封性能和使用寿命有着重要意义，材料的性能直接影响密封圈的使用性能。现有技术中的密封圈的材质通常存在阻燃性能低和易老化的缺陷，因而严重影了密封圈的使用寿命。
发明内容
基于背景技术中存在的问题，本发明提出了一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料，所述密封圈橡胶材料具有良好的阻燃性、耐老化性以及优异的耐候性能，使用寿命长，且生产效率高，成本低。
一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其原料按重量份包括：天然橡胶80-100份、丁苯橡胶20-40份、三元乙丙橡胶10-30份、磷酸酯改性聚氨酯弹性体10-30份、过氧化二异丙苯2-4份、硫磺0.5-1份、促进剂DM 1-3份、促进剂TAIC 2-4份、氧化锌3-8份、硬脂酸1-3份、炭黑N660 6-10份、二氧化钛5-10份、石英粉2-5份、方解石粉10-18份、蛋白石粉6-15份、硅烷偶联剂1-4份、硼酸锌2-8份、三聚氰胺1-4份、防老剂4010NA 1-2份、防老剂MB 2-4份、防老剂AW 1-3份。
优选地，其原料按重量份包括：天然橡胶85-95份、丁苯橡胶25-35份、三元乙丙橡胶15-25份、磷酸酯改性聚氨酯弹性体15-25份、过氧化二异丙苯2.5-3.5份、硫磺0.6-0.8份、促进剂DM 1.5-2.5份、促进剂TAIC 2.5-3.5份、氧化锌5-6份、硬脂酸1.5-2.5份、炭黑N660 7-8份、二氧化钛7-8份、石英粉3-4份、方解石粉12-16份、蛋白石粉9-12份、硅烷偶联剂2-3份、硼酸锌4-6份、三聚氰胺2-3份、防老剂4010NA 1.3-1.8份、防老剂MB 2.5-3.5份、防老剂AW 1.5-2.5份。
优选地，所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体的制备方法包括：按重量份将三羟甲基氨基甲烷10份、亚磷酸三甲酯10-13份、三乙胺1-2份加热至85-105℃，在氮气保护的条件下保温反应5-7h，蒸馏出甲醇产物后加入磷酸三甲酯14-18份，在190-200℃下保温反应15-20h后减压蒸馏出过量磷酸三甲酯，再加入端异氰酸酯基聚氨酯50-400份，在160-180℃下熔融共混反应，得到所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体。
优选地，所述端异氰酸酯基聚氨酯是通过将聚酯/聚醚多元醇与二异氰酸酯进行封端反应制得，其数均分子量为1000-10000。
优选地，所述聚酯/聚醚多元醇为聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸乙二醇丁二醇混合酯、聚四氢呋喃醚、聚环氧乙烷二醇、聚环氧丙烷二醇中的一种或者多种的组合；所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、氢化4，4-二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4，4-二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种或者多种的组合。
优选地，所述丁苯橡胶的门尼粘度(ML1+4，100℃)为60-65。
优选地，天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、磷酸酯改性聚氨酯弹性体的重量配比为87-90:30-33:17-22:19-21。
优选地，所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料的制备方法包括：将天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、磷酸酯改性聚氨酯弹性体加入密炼机中进行密练，得到橡胶主料，向所述橡胶主料中加入炭黑N660、二氧化钛、石英粉、方解石粉、蛋白石粉、硅烷偶联剂继续进行密练，得到混合物料A，向所述混合物料A中加入硼酸锌、三聚氰胺、防老剂4010NA、防老剂MB、防老剂AW混炼均匀后，再加入过氧化二异丙苯、硫磺、促进剂DM、促进剂TAIC、氧化锌、硬脂酸混炼均匀，升温至140-170℃后混炼0.5-1h，降温出料，得到所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料。
本发明中，采用天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、磷酸酯改性聚氨酯弹性体作为主料，不仅互溶性好，而且改善胶料的粘结力、刚度及交联度，所得制品的弹性及阻燃、耐老化性能优异；其中天然橡胶本身具有良好的物理机械性能和耐燃特性，在与三元乙丙橡胶和丁基橡胶复配时，可以改善橡胶组合物的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和耐磨性能；磷酸酯改性聚氨酯弹性体通过将三羟甲基氨基甲烷、亚磷酸三甲酯和磷酸三甲酯作为原料合成一种包含端氨基的磷酸酯单体，其氨基部分可以与端异氰酸酯基聚氨酯中的异氰酸酯基之间发生缩合反应，生成一种同时含有聚氨酯主链和磷酸酯侧链的大分子阻燃橡胶主料，其既可以利用所包含的聚氨酯主链结构与其它橡胶主料形成良好结合，这种突出的优点解决了传统的氢氧化物阻燃剂带来的析出问题，在不影响橡胶材料主体致密性的前提下，还能够赋予橡胶材料良好的阻燃性能；另一方面，本发明中将上述磷酸酯改性聚氨酯弹性体与硼酸锌、三聚氰胺形成良好复配得到了一种阻燃和协效于一体的高效高分子基阻燃剂，使本发明在提高氧指数的同时，也提高了抑制烟雾性能，从而大幅提高本发明的阻燃效果；此后本发明中加入的炭黑N660可保证密封圈材料的弹性，增加密封性能，同时保证材料的拉伸、压缩应力松弛性能在一合理的范围内，使产品的密封性能随时间无明显变化，延长使用寿命；而二氧化钛、石英粉、方解石粉、蛋白石粉能够在橡胶分子的“网状结构”中充分填充，进一步增强了本发明的强度和耐老化性能；硬脂酸、氧化锌则可以提高橡胶硫化时的硫化效率、提高密封圈材料的物理力学性能；由过氧化二异丙苯、硫磺、促进剂DM、促进剂TAIC组成的快速硫化体系则可使基料的分子链起交联反应，使线形分子形成立体网状结构，可塑性降低，弹性强度增加，并且材料在制备过程中的硫化成型时间大大缩短，硫化后力学性能大大提高；加入硫磺作为硫化剂，由此形成一种有效硫化体系，抗硫化返原性好，且硫化均匀，适用于厚制品硫化，得到的硫化胶也具有良好的耐老化性和耐压缩变形性；防老剂4010NA、防老剂MB和防老剂AW的配合使用，则进一步增强了本发明的抗氧化、耐老化性能，延长本发明的使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其原料按重量份包括：天然橡胶80份、丁苯橡胶40份、三元乙丙橡胶10份、磷酸酯改性聚氨酯弹性体30份、过氧化二异丙苯2份、硫磺1份、促进剂DM 1份、促进剂TAIC 4份、氧化锌3份、硬脂酸3份、炭黑N660 6份、二氧化钛10份、石英粉2份、方解石粉18份、蛋白石粉6份、硅烷偶联剂4份、硼酸锌2份、三聚氰胺4份、防老剂4010NA 1份、防老剂MB 4份、防老剂AW 1份；
其中，所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体的制备方法包括：按重量份将三羟甲基氨基甲烷10份、亚磷酸三甲酯10份、三乙胺2份加热至85℃，在氮气保护的条件下保温反应7h，蒸馏出甲醇产物后加入磷酸三甲酯14份，在200℃下保温反应15h后减压蒸馏出过量磷酸三甲酯，再加入端异氰酸酯基聚氨酯400份，在160℃下熔融共混反应，得到所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体；所述端异氰酸酯基聚氨酯是通过将聚己二酸丁二醇酯与六亚甲基二异氰酸酯进行封端反应制得，其数均分子量为1000；
本实施例中，所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料的制备方法包括：将天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、磷酸酯改性聚氨酯弹性体加入密炼机中进行密练，得到橡胶主料，向所述橡胶主料中加入炭黑N660、二氧化钛、石英粉、方解石粉、蛋白石粉、硅烷偶联剂继续进行密练，得到混合物料A，向所述混合物料A中加入硼酸锌、三聚氰胺、防老剂4010NA、防老剂MB、防老剂AW混炼均匀后，再加入过氧化二异丙苯、硫磺、促进剂DM、促进剂TAIC、氧化锌、硬脂酸混炼均匀，升温至140℃后混炼1h，降温出料，得到所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料。
实施例2
一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其原料按重量份包括：天然橡胶100份、丁苯橡胶20份、三元乙丙橡胶30份、磷酸酯改性聚氨酯弹性体10份、过氧化二异丙苯4份、硫磺0.5份、促进剂DM 3份、促进剂TAIC 2份、氧化锌8份、硬脂酸1份、炭黑N660 10份、二氧化钛5份、石英粉5份、方解石粉10份、蛋白石粉15份、硅烷偶联剂1份、硼酸锌8份、三聚氰胺1份、防老剂4010NA2份、防老剂MB 2份、防老剂AW 3份；
其中，所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体的制备方法包括：按重量份将三羟甲基氨基甲烷10份、亚磷酸三甲酯13份、三乙胺1份加热至105℃，在氮气保护的条件下保温反应5h，蒸馏出甲醇产物后加入磷酸三甲酯18份，在190℃下保温反应20h后减压蒸馏出过量磷酸三甲酯，再加入端异氰酸酯基聚氨酯50份，在180℃下熔融共混反应，得到所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体；所述端异氰酸酯基聚氨酯是通过将聚己二酸乙二醇酯与氢化4，4-二苯甲烷二异氰酸酯进行封端反应制得，其数均分子量为10000；
本实施例中，所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料的制备方法包括：将天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、磷酸酯改性聚氨酯弹性体加入密炼机中进行密练，得到橡胶主料，向所述橡胶主料中加入炭黑N660、二氧化钛、石英粉、方解石粉、蛋白石粉、硅烷偶联剂继续进行密练，得到混合物料A，向所述混合物料A中加入硼酸锌、三聚氰胺、防老剂4010NA、防老剂MB、防老剂AW混炼均匀后，再加入过氧化二异丙苯、硫磺、促进剂DM、促进剂TAIC、氧化锌、硬脂酸混炼均匀，升温至170℃后混炼0.5h，降温出料，得到所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料。
实施例3
一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其原料按重量份包括：天然橡胶85份、丁苯橡胶35份、三元乙丙橡胶15份、磷酸酯改性聚氨酯弹性体25份、过氧化二异丙苯2.5份、硫磺0.8份、促进剂DM 1.5份、促进剂TAIC 3.5份、氧化锌5份、硬脂酸2.5份、炭黑N660 7份、二氧化钛8份、石英粉3份、方解石粉16份、蛋白石粉9份、硅烷偶联剂3份、硼酸锌4份、三聚氰胺3份、防老剂4010NA 1.3份、防老剂MB 3.5份、防老剂AW 1.5份；
其中，所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体的制备方法包括：按重量份将三羟甲基氨基甲烷10份、亚磷酸三甲酯11份、三乙胺1.5份加热至95℃，在氮气保护的条件下保温反应6h，蒸馏出甲醇产物后加入磷酸三甲酯14份，在195℃下保温反应17h后减压蒸馏出过量磷酸三甲酯，再加入端异氰酸酯基聚氨酯200份，在170℃下熔融共混反应，得到所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体；所述端异氰酸酯基聚氨酯是通过将聚酯/聚醚多元醇与二异氰酸酯进行封端反应制得，其数均分子量为5000，所述聚酯/聚醚多元醇为聚己二酸乙二醇丁二醇混合酯和聚四氢呋喃醚，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯；
本实施例中，所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料的制备方法包括：将天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、磷酸酯改性聚氨酯弹性体加入密炼机中进行密练，得到橡胶主料，向所述橡胶主料中加入炭黑N660、二氧化钛、石英粉、方解石粉、蛋白石粉、硅烷偶联剂继续进行密练，得到混合物料A，向所述混合物料A中加入硼酸锌、三聚氰胺、防老剂4010NA、防老剂MB、防老剂AW混炼均匀后，再加入过氧化二异丙苯、硫磺、促进剂DM、促进剂TAIC、氧化锌、硬脂酸混炼均匀，升温至150℃后混炼0.7h，降温出料，得到所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料。
实施例4
一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其原料按重量份包括：天然橡胶95份、丁苯橡胶25份、三元乙丙橡胶25份、磷酸酯改性聚氨酯弹性体15份、过氧化二异丙苯3.5份、硫磺0.6份、促进剂DM 2.5份、促进剂TAIC 2.5份、氧化锌6份、硬脂酸1.5份、炭黑N660 8份、二氧化钛7份、石英粉4份、方解石粉12份、蛋白石粉12份、硅烷偶联剂2份、硼酸锌6份、三聚氰胺2份、防老剂4010NA 1.8份、防老剂MB 2.5份、防老剂AW 2.5份；
其中，所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体的制备方法包括：按重量份将三羟甲基氨基甲烷10份、亚磷酸三甲酯11份、三乙胺1.5份加热至100℃，在氮气保护的条件下保温反应5.5h，蒸馏出甲醇产物后加入磷酸三甲酯16份，在196℃下保温反应18h后减压蒸馏出过量磷酸三甲酯，再加入端异氰酸酯基聚氨酯150份，在165℃下熔融共混反应，得到所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体；所述端异氰酸酯基聚氨酯是通过将聚酯/聚醚多元醇与二异氰酸酯进行封端反应制得，其数均分子量为6000，所述聚酯/聚醚多元醇为聚环氧乙烷二醇和聚环氧丙烷二醇；所述二异氰酸酯为4，4-二苯甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯；
本实施例中，所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料的制备方法包括：将天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、磷酸酯改性聚氨酯弹性体加入密炼机中进行密练，得到橡胶主料，向所述橡胶主料中加入炭黑N660、二氧化钛、石英粉、方解石粉、蛋白石粉、硅烷偶联剂继续进行密练，得到混合物料A，向所述混合物料A中加入硼酸锌、三聚氰胺、防老剂4010NA、防老剂MB、防老剂AW混炼均匀后，再加入过氧化二异丙苯、硫磺、促进剂DM、促进剂TAIC、氧化锌、硬脂酸混炼均匀，升温至160℃后混炼0.8h，降温出料，得到所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括：天然橡胶80-100份、丁苯橡胶20-40份、三元乙丙橡胶10-30份、磷酸酯改性聚氨酯弹性体10-30份、过氧化二异丙苯2-4份、硫磺0.5-1份、促进剂DM 1-3份、促进剂TAIC 2-4份、氧化锌3-8份、硬脂酸1-3份、炭黑N660 6-10份、二氧化钛5-10份、石英粉2-5份、方解石粉10-18份、蛋白石粉6-15份、硅烷偶联剂1-4份、硼酸锌2-8份、三聚氰胺1-4份、防老剂4010NA 1-2份、防老剂MB 2-4份、防老剂AW 1-3份。
2.根据权利要求1所述的阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括：天然橡胶85-95份、丁苯橡胶25-35份、三元乙丙橡胶15-25份、磷酸酯改性聚氨酯弹性体15-25份、过氧化二异丙苯2.5-3.5份、硫磺0.6-0.8份、促进剂DM 1.5-2.5份、促进剂TAIC2.5-3.5份、氧化锌5-6份、硬脂酸1.5-2.5份、炭黑N660 7-8份、二氧化钛7-8份、石英粉3-4份、方解石粉12-16份、蛋白石粉9-12份、硅烷偶联剂2-3份、硼酸锌4-6份、三聚氰胺2-3份、防老剂4010NA 1.3-1.8份、防老剂MB 2.5-3.5份、防老剂AW 1.5-2.5份。
3.根据权利要求1或2所述的阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其特征在于，所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体的制备方法包括：按重量份将三羟甲基氨基甲烷10份、亚磷酸三甲酯10-13份、三乙胺1-2份加热至85-105℃，在氮气保护的条件下保温反应5-7h，蒸馏出甲醇产物后加入磷酸三甲酯14-18份，在190-200℃下保温反应15-20h后减压蒸馏出过量磷酸三甲酯，再加入端异氰酸酯基聚氨酯50-400份，在160-180℃下熔融共混反应，得到所述磷酸酯改性聚氨酯弹性体。
4.根据权利要求3所述的阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其特征在于，所述端异氰酸酯基聚氨酯是通过将聚酯/聚醚多元醇与二异氰酸酯进行封端反应制得，其数均分子量为1000-10000。
5.根据权利要求3或4所述的阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其特征在于，所述聚酯/聚醚多元醇为聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸乙二醇丁二醇混合酯、聚四氢呋喃醚、聚环氧乙烷二醇、聚环氧丙烷二醇中的一种或者多种的组合；所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、氢化4，4-二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4，4-二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种或者多种的组合。
6.根据权利要求1-5任一项所述的阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其特征在于，所述丁苯橡胶的门尼粘度(ML1+4，100℃)为60-65。
7.根据权利要求1-6任一项所述的阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其特征在于，天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、磷酸酯改性聚氨酯弹性体的重量配比为87-90:30-33:17-22:19-21。
8.根据权利要求1-7任一项所述的阻燃耐老化密封圈橡胶材料，其特征在于，所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料的制备方法包括：将天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、磷酸酯改性聚氨酯弹性体加入密炼机中进行密练，得到橡胶主料，向所述橡胶主料中加入炭黑N660、二氧化钛、石英粉、方解石粉、蛋白石粉、硅烷偶联剂继续进行密练，得到混合物料A，向所述混合物料A中加入硼酸锌、三聚氰胺、防老剂4010NA、防老剂MB、防老剂AW混炼均匀后，再加入过氧化二异丙苯、硫磺、促进剂DM、促进剂TAIC、氧化锌、硬脂酸混炼均匀，升温至140-170℃后混炼0.5-1h，降温出料，得到所述阻燃耐老化密封圈橡胶材料。
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