CN107033410B - 变压器密封圈用橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于密封材料技术领域，具体涉及一种变压器密封圈用橡胶材料及其制备方法，所述变压器密封圈用橡胶材料由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶40‑60份，聚氨酯橡胶15‑20份，氯醚橡胶10‑15份，木质纤维3‑8份，纳米二氧化钛5‑10份，补强剂12‑20份，防老剂0.5‑2份，促进剂1‑3份，氧化镁1‑3份，氧化锌5‑10份，硬脂酸5‑10份，铝矾土粉3‑6份，增塑剂10‑20份和交联剂3‑10份。本发明变压器密封圈用橡胶材料强度高，压缩变形小，抗老化性能优异。

Description

变压器密封圈用橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于密封材料技术领域，具体涉及一种变压器密封圈用橡胶材料及其制备方法。
背景技术
变压器密封环对防止油的渗漏具有重要的作用，目前常用的密封垫多为橡胶密封垫，但是现有的橡胶密封垫耐油性能差，老化速度快，特别是在高温下，极易引起密封垫老化龟裂，造成变压器渗漏油。
中国专利申请CN103627048B公开了一种抗压、耐磨、耐腐蚀变压器密封环及其生产方法，采用丁腈橡胶作为主要原料，与高强力再生胶和古马隆树脂形成合成橡胶，具有极好的耐油性、耐磨性和耐热性，并辅以炭黑、陶瓷微粉、硅粉、锰粉、聚四氟乙烯、氧化锌、陶土、硫化活性剂和抗热氧老化防老剂，可有效提高密封环的抗撕裂、自润滑效果、抗压缩变形、耐热、耐腐蚀、耐摩擦等性能，提高密封环的使用寿命。在严寒和酷暑气候环境下均能保护良好的密封效果，并且较传统密封环使用寿命有效延长1 倍以上。但是，该专利密封环专利密封垫强度低，耐磨性差。
中国专利申请CN106496687A公开了一种抗压耐高温变压器密封圈用橡胶材料，其是由下述重量份的原料制得：丁腈橡胶70-90，氟橡胶20-40，白炭黑60-80，氧化锌2-4，三乙撑四胺0 .3-0 .5，硫磺S80 1 .5-2 .5，防老剂MB 1 .5-2 .5，促进剂TMTD 0 .3-0 .5，甲基三甲氧基硅烷2-4，三油酸甘油酯0 .3-0 .5，马来松香0 .5-1，钛酸四丁酯0 .5-1，钛酸酯偶联剂NDZ-401 0 .15-0 .25，纳米石墨粉6-8，蓖麻油4-6。该发明的橡胶材料耐磨效果好、减摩性能持久，同时具有良好的抗压、耐高温性能，使用寿命长、密封性好，适合用于变压器密封圈材料。但是，该专利的氟橡胶耐臭氧、天候老化性能差，所得密封圈容易老化，开裂，而且制备方法复杂。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种变压器密封圈用橡胶材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶40-60份，聚氨酯橡胶15-20份，氯醚橡胶10-15份，木质纤维3-8份，纳米二氧化钛5-10份，补强剂12-20份，防老剂0.5-2份，促进剂1-3份，氧化镁1-3份，氧化锌5-10份，硬脂酸5-10份，铝矾土粉3-6份，增塑剂10-20份和交联剂3-10份。
优选地，所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
优选地，所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
优选地，所述补强剂为轻质碳酸钙、炭黑N330、炭黑N550、炭黑N660、炭黑N990和白炭黑VN-3中一种或几种。
优选地，所述的防老剂为防老剂RD、4020、MB和NBC中一种或几种。
优选地，所述的促进剂为促进剂M、DM、TBBS、TMTD和NA-22中一种或几种。
优选地，所述的增塑剂为磷酸三甲苯酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种。
优选地，所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、1,3-双（2-叔丁基过氧基异丙基）苯和1,4-双叔丁基过氧异丙基苯中一种或几种。
优选地，所述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氯醚橡胶加入密炼机中，加热至80-100℃，混炼5-10min；
（2）将步骤（1）胶料加入开炼机中，加入木质纤维、纳米二氧化钛、补强剂、防老剂、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、铝矾土粉和增塑剂，130-150℃条件下混炼4-8min，然后加入其余原料，继续混炼3-5min；
（3）将步骤（2）混炼胶在165-175℃条件下硫化8-15min，即得。
本发明的积极有益效果：
1. 本发明丁腈橡胶耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强；氯醚橡胶具有耐油、耐臭氧、耐热性能，透气性小；聚氨酯橡胶具有硬度高、强度好、高弹性、高耐磨性、耐撕裂、耐老化、耐臭氧优点，上述三种橡胶合用，提高了丁腈橡胶的耐油、耐臭氧性能，解决了传统橡胶密封垫老化性能差的技术问题。木质纤维比重小、比表面积大，具有优良的保温、隔热、隔声、绝缘和透气性能，热膨胀均匀不起壳不开裂，具有优良的柔韧性及分散性，防冻和防热能力也非常强，与上述橡胶形成互穿的网络结构，进一步提高了本发明橡胶密封垫的柔韧性，延长了橡胶密封垫的使用寿命。纳米二氧化钛和铝矾土粉分散于原料网络结构中，提高了橡胶垫片的耐磨性。氧化镁、氧化锌和硬脂酸提高了橡胶的活性。因此，各种原料协同作用，所得变压器密封圈用橡胶材料强度高，压缩变形小，抗老化性能优异。
2. 本发明所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm，所述铝矾土粉的粒径为100-500μm，分散性好，降低了橡胶材料的表面粗糙度，抗粘效果大大提高，提高了橡胶材料的耐磨性。所述补强剂为轻质碳酸钙、炭黑N330、炭黑N550、炭黑N660、炭黑N990和白炭黑VN-3中一种或几种，提高了橡胶材料的机械强度。所述的防老剂为防老剂RD、4020、MB和NBC中一种或几种，抗老化性能优异，进一步提高了橡胶材料的抗老化性能。所述的促进剂为促进剂M、DM、TBBS、TMTD和NA-22中一种或几种，促进胶料的硫化。所述的增塑剂为磷酸三甲苯酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种，降低橡胶的玻璃化温度，令橡胶可塑性、流动性，便于压延、压出成型操作，同时还能降低橡胶的硬度和定伸应力、提高弹性。所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、1,3-双（2-叔丁基过氧基异丙基）苯和1,4-双叔丁基过氧异丙基苯中一种或几种，利于各原料之间形成稳定的网络结构，提高了橡胶材料的耐热性能。
3. 本发明变压器密封圈用橡胶材料的制备方法简单，各原料混合均匀，交联效果好，所得变压器密封圈用橡胶材料强度高，压缩变形小，抗老化性能优异。
具体实施方式
下面结合一些具体实施方式，对本发明进一步说明。
实施例1
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶40份，聚氨酯橡胶15份，氯醚橡胶10份，木质纤维3份，纳米二氧化钛5份，补强剂12份，防老剂0.5份，促进剂1份，氧化镁1份，氧化锌5份，硬脂酸5份，铝矾土粉3份，增塑剂10份和交联剂3份。
所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
所述补强剂为炭黑N330。
所述的防老剂为防老剂RD。
所述的促进剂为促进剂M。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
所述交联剂为过氧化二异丙苯。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氯醚橡胶加入密炼机中，加热至80℃，混炼10min；
（2）将步骤（1）胶料加入开炼机中，加入木质纤维、纳米二氧化钛、补强剂、防老剂、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、铝矾土粉和增塑剂，130℃条件下混炼8min，然后加入其余原料，继续混炼5min；
（3）将步骤（2）混炼胶在165℃条件下硫化10min，即得。
实施例2
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶43份，聚氨酯橡胶16份，氯醚橡胶12份，木质纤维4份，纳米二氧化钛6份，补强剂15份，防老剂0.8份，促进剂1.2份，氧化镁1.5份，氧化锌6份，硬脂酸5.5份，铝矾土粉3.5份，增塑剂11份和交联剂3.2份。
所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
所述补强剂为炭黑N550。
所述的防老剂为防老剂4020。
所述的促进剂为DM和TBBS，两者重量比为1:1。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二异辛酯。
所述交联剂为1,3-双（2-叔丁基过氧基异丙基）苯。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氯醚橡胶加入密炼机中，加热至90℃，混炼8min；
（2）将步骤（1）胶料加入开炼机中，加入木质纤维、纳米二氧化钛、补强剂、防老剂、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、铝矾土粉和增塑剂，140℃条件下混炼5min，然后加入其余原料，继续混炼4min；
（3）将步骤（2）混炼胶在175℃条件下硫化8min，即得。
实施例3
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶48份，聚氨酯橡胶16.5份，氯醚橡胶13份，木质纤维4.5份，纳米二氧化钛7份，补强剂16份，防老剂1份，促进剂2份，氧化镁1.8份，氧化锌6.5份，硬脂酸6份，铝矾土粉4份，增塑剂12份和交联剂4份。
所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
所述补强剂为白炭黑VN-3。
所述的防老剂为防老剂RD和4020，两者重量比为1:1。
所述的促进剂为促进剂TBBS。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
所述交联剂为1,4-双叔丁基过氧异丙基苯。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氯醚橡胶加入密炼机中，加热至95℃，混炼6min；
（2）将步骤（1）胶料加入开炼机中，加入木质纤维、纳米二氧化钛、补强剂、防老剂、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、铝矾土粉和增塑剂，150℃条件下混炼4min，然后加入其余原料，继续混炼3min；
（3）将步骤（2）混炼胶在170℃条件下硫化12min，即得。
实施例4
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶50份，聚氨酯橡胶17份，氯醚橡胶13份，木质纤维5份，纳米二氧化钛7.5份，补强剂16份，防老剂1.2份，促进剂2份，氧化镁2份，氧化锌7份，硬脂酸6.5份，铝矾土粉4份，增塑剂15份和交联剂4份。
所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
所述补强剂为炭黑N660。
所述的防老剂为防老剂NBC。
所述的促进剂为促进剂NA-22。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯，两者重量比为1:1。
所述交联剂为1,4-双叔丁基过氧异丙基苯。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氯醚橡胶加入密炼机中，加热至90℃，混炼7min；
（2）将步骤（1）胶料加入开炼机中，加入木质纤维、纳米二氧化钛、补强剂、防老剂、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、铝矾土粉和增塑剂，140℃条件下混炼6min，然后加入其余原料，继续混炼5min；
（3）将步骤（2）混炼胶在170℃条件下硫化10min，即得。
实施例5
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶51份，聚氨酯橡胶17份，氯醚橡胶13份，木质纤维5.2份，纳米二氧化钛7.5份，补强剂17份，防老剂1.5份，促进剂2份，氧化镁2.2份，氧化锌7.5份，硬脂酸7份，铝矾土粉4.5份，增塑剂16份和交联剂5份。
所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
所述补强剂为炭黑N990。
所述的防老剂为防老剂RD。
所述的促进剂为TMTD。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
所述交联剂为过氧化二异丙苯和1,3-双（2-叔丁基过氧基异丙基）苯，两者重量比为1:1。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氯醚橡胶加入密炼机中，加热至85℃，混炼8min；
（2）将步骤（1）胶料加入开炼机中，加入木质纤维、纳米二氧化钛、补强剂、防老剂、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、铝矾土粉和增塑剂，130℃条件下混炼8min，然后加入其余原料，继续混炼5min；
（3）将步骤（2）混炼胶在170℃条件下硫化8min，即得。
实施例6
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶55份，聚氨酯橡胶18份，氯醚橡胶13.5份，木质纤维6份，纳米二氧化钛8份，补强剂18份，防老剂1.6份，促进剂2.3份，氧化镁2.5份，氧化锌8份，硬脂酸7.5份，铝矾土粉5份，增塑剂17份和交联剂6份。
所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
所述补强剂为炭黑N 660和N990，两者重量比为1:1。
所述的防老剂为防老剂MB。
所述的促进剂为促进剂TMTD。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二异辛酯。
所述交联剂为过氧化二异丙苯。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氯醚橡胶加入密炼机中，加热至90℃，混炼8min；
（2）将步骤（1）胶料加入开炼机中，加入木质纤维、纳米二氧化钛、补强剂、防老剂、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、铝矾土粉和增塑剂，150℃条件下混炼4min，然后加入其余原料，继续混炼5min；
（3）将步骤（2）混炼胶在175℃条件下硫化8min，即得。
实施例7
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶56份，聚氨酯橡胶19份，氯醚橡胶14份，木质纤维7份，纳米二氧化钛9份，补强剂20份，防老剂1.8份，促进剂2.5份，氧化镁3份，氧化锌9份，硬脂酸8份，铝矾土粉5.5份，增塑剂18份和交联剂8份。
所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
所述补强剂为N660。
所述的防老剂为防老剂NBC。
所述的促进剂为促进剂DM。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二异辛酯和邻苯二甲酸二丁酯，两者重量比为1:1。
所述交联剂为过氧化苯甲酰。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氯醚橡胶加入密炼机中，加热至90℃，混炼6min；
（2）将步骤（1）胶料加入开炼机中，加入木质纤维、纳米二氧化钛、补强剂、防老剂、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、铝矾土粉和增塑剂，140℃条件下混炼4min，然后加入其余原料，继续混炼4min；
（3）将步骤（2）混炼胶在165℃条件下硫化15min，即得。
实施例8
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶60份，聚氨酯橡胶20份，氯醚橡胶15份，木质纤维8份，纳米二氧化钛10份，补强剂20份，防老剂2份，促进剂3份，氧化镁3份，氧化锌10份，硬脂酸10份，铝矾土粉6份，增塑剂20份和交联剂10份。
所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
所述补强剂为轻质碳酸钙。
所述的防老剂为防老剂4020。
所述的促进剂为促进剂NA-22。
所述的增塑剂为磷酸三甲苯酯。
所述交联剂为过氧化苯甲酰。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氯醚橡胶加入密炼机中，加热至100℃，混炼5min；
（2）将步骤（1）胶料加入开炼机中，加入木质纤维、纳米二氧化钛、补强剂、防老剂、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、铝矾土粉和增塑剂，140℃条件下混炼6min，然后加入其余原料，继续混炼5min；
（3）将步骤（2）混炼胶在165℃条件下硫化10min，即得。
对比实施例1
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶50份，聚氨酯橡胶17份，氯醚橡胶13份，木质纤维5份，补强剂16份，防老剂1.2份，促进剂2份，氧化镁2份，氧化锌7份，硬脂酸6.5份，增塑剂15份和交联剂4份。
所述补强剂为炭黑N660。
所述的防老剂为防老剂NBC。
所述的促进剂为促进剂NA-22。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯，两者重量比为1:1。
所述交联剂为1,4-双叔丁基过氧异丙基苯。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法见实施例4。
对比实施例2
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶50份，聚氨酯橡胶30份，木质纤维5份，纳米二氧化钛7.5份，补强剂16份，防老剂1.2份，促进剂2份，氧化镁2份，氧化锌7份，硬脂酸6.5份，铝矾土粉4份，增塑剂15份和交联剂4份。
所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
所述补强剂为炭黑N660。
所述的防老剂为防老剂NBC。
所述的促进剂为促进剂NA-22。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯，两者重量比为1:1。
所述交联剂为1,4-双叔丁基过氧异丙基苯。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法见实施例4。
对比实施例3
一种变压器密封圈用橡胶材料，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶50份，聚氨酯橡胶17份，氯醚橡胶13份，纳米二氧化钛7.5份，补强剂16份，防老剂1.2份，促进剂2份，氧化镁2份，氧化锌7份，硬脂酸6.5份，铝矾土粉4份，增塑剂15份和交联剂4份。
所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
所述补强剂为炭黑N660。
所述的防老剂为防老剂NBC。
所述的促进剂为促进剂NA-22。
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯，两者重量比为1:1。
所述交联剂为1,4-双叔丁基过氧异丙基苯。
上述变压器密封圈用橡胶材料的制备方法见实施例4。
根据国家标准JB/T 8448.1-2004，本发明实施例1-8和对比实施例1-3变压器密封圈用橡胶材料物理性能如下：
表1 本发明实施例1-8变压器密封圈用橡胶材料物理性能
由表1可知，相比较与对比实施例，本发明实施例1-8变压器密封圈用橡胶材料拉伸强度≥25.1MPa，扯断伸长率≥550%，断裂强度≥48.6kN﹒m-1，热空气压缩永久变形≤14.7%，浸25号变压器油压缩永久变形≤24.5%，耐受25号变压器油体积变化率≤5.3%，因此，本发明变压器密封圈用橡胶材料强度高，压缩变形小，抗老化性能优异。

Claims (8)

1.一种变压器密封圈用橡胶材料，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：丁腈橡胶40-60份，聚氨酯橡胶15-20份，氯醚橡胶10-15份，木质纤维3-8份，纳米二氧化钛5-10份，补强剂12-20份，防老剂0.5-2份，促进剂1-3份，氧化镁1-3份，氧化锌5-10份，硬脂酸5-10份，铝矾土粉3-6份，增塑剂10-20份和交联剂3-10份；所述补强剂为轻质碳酸钙、炭黑N330、炭黑N550、炭黑N660、炭黑N990和白炭黑VN-3中一种或几种。
2.根据权利要求1所述的变压器密封圈用橡胶材料，其特征在于，所述纳米二氧化钛的粒径为20-100nm。
3.根据权利要求1所述的变压器密封圈用橡胶材料，其特征在于，所述铝矾土粉的粒径为100-500μm。
4.根据权利要求1所述的变压器密封圈用橡胶材料，其特征在于，所述的防老剂为防老剂RD、4020、MB和NBC中一种或几种。
5.根据权利要求1所述的变压器密封圈用橡胶材料，其特征在于，所述的促进剂为促进剂M、DM、TBBS、TMTD和NA-22中一种或几种。
6.根据权利要求1所述的变压器密封圈用橡胶材料，其特征在于，所述的增塑剂为磷酸三甲苯酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的变压器密封圈用橡胶材料，其特征在于，所述交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、1,3-双(2-叔丁基过氧基异丙基)苯和1,4-双叔丁基过氧异丙基苯中一种或几种。
8.一种权利要求1-7任一项所述的变压器密封圈用橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将丁腈橡胶、聚氨酯橡胶和氯醚橡胶加入密炼机中，加热至80-100℃，混炼5-10min；
(2)将步骤(1)胶料加入开炼机中，加入木质纤维、纳米二氧化钛、补强剂、防老剂、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、铝矾土粉和增塑剂，130-150℃条件下混炼4-8min，然后加入其余原料，继续混炼3-5min；
(3)将步骤(2)混炼胶在165-175℃条件下硫化8-15min，即得。
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