CN107083062A - 一种硅橡胶密封圈及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硅橡胶密封圈及其制备方法，所述硅橡胶密封圈按质量份数计，包括如下原料组分：硅橡胶80‑100份、聚氨酯30‑45份、EVA10‑20份、正硅酸烷基酯5‑10份、二氧化硅60‑80份、羧甲基纤维素5‑10份、结构控制剂5‑10份和硫化剂2‑5份。所述制备方法包括如下步骤：首先，将配方量的各原料组分进行密炼，得到混炼胶；然后，将所述混炼胶进行开炼成型得到成型件；最后，将所述成型件进行硫化处理，得到所述硅橡胶密封圈。本发明提供的硅橡胶密封圈具有较高的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度以及较低的压缩永久变形。

Description

一种硅橡胶密封圈及其制备方法
技术领域
本发明属于密封圈技术领域，具体涉及一种硅橡胶密封圈及其制备方法。
背景技术
密封圈是一种常见的防止气体、液体泄漏或者外物侵入等作用的元件，密封圈材料的选择对其密封性能和使用寿命都有重大影响。用硅橡胶制备的密封圈是一种主要应用于高温或低温等特定场合的密封元件。硅橡胶密封圈具有突出的耐热性能、耐低温性能，一般使用温度范围为-55-250℃，其弹性好，不容易老化、变形，在耐臭氧、耐溶性、电气绝缘和阻燃等方面也具有良好表现。但是硅橡胶本身的强度较低，回弹性能较差，在常温下其物理机械性能不及大多数合成橡胶，因此限制了硅橡胶的应用。
CN 104650596A公开了一种硅橡胶密封圈，通过采用具有特定比表面积的气相法白炭黑对硅橡胶进行补强，提高了制得的硅橡胶密封圈的机械强度和耐磨性。但是单独采用白炭黑补强硅橡胶的效果并不好，而且由于其添加了大量的金属氧化物，使各组分的相容性变差，导致制得的硅橡胶密封圈的机械性能和回弹性能提高较少，不能满足高强度硅橡胶的要求。
因此，在本领域期望得到一种机械强度更高，回弹性能更好的硅橡胶密封圈。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种硅橡胶密封圈及其制备方法。该硅橡胶密封圈具有较高的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度以及较低的压缩永久变形。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种硅橡胶密封圈，按质量份数计，包括如下原料组分：
硅橡胶80-100份、聚氨酯30-45份、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)10-20份、正硅酸烷基酯5-10份、二氧化硅60-80份、羧甲基纤维素5-10份、结构控制剂5-10份和硫化剂2-5份。
本发明通过采用硅橡胶、聚氨酯、EVA和正硅酸烷基酯作为基体材料，并调节其用量，使上述原料组分各自的性质相互平衡，相互配合，经硫化后得到了一种具有较高拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度以及较低的压缩永久变形的硅橡胶密封圈。
本发明中，所述硅橡胶的质量份数可以是。
所述聚氨酯的质量份数可以是80份、82份、85份、88份、90份、92份、95份、98份或100份等。
所述EVA的质量份数可以是30份、31份、32份、35份、36份、38份、40份、42份、43份、44份或45份等。
所述正硅酸烷基酯的质量份数可以是5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等。
所述二氧化硅的质量份数可以是60份、62份、65份、68份、70份、72份、75份、78份或80份等。
所述羧甲基纤维素的质量份数可以是5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等。
所述结构控制剂的质量份数可以是5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等。
所述硫化剂的质量份数可以是2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份等。
优选地，所述硅橡胶选自甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、氟硅橡胶或苯撑硅橡胶中的一种或至少两种的组合；例如可以是甲基硅橡胶与甲基乙烯基硅橡胶的组合、甲基硅橡胶与氟硅橡胶的组合、甲基硅橡胶与苯撑硅橡胶的组合、甲基乙烯基硅橡胶与氟硅橡胶的组合、甲基乙烯基硅橡胶与苯撑硅橡胶的组合或氟硅橡胶与苯撑硅橡胶的组合等。
优选地，所述EVA中醋酸乙烯酯单元的质量百分含量为40-60％，例如可以是40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％、58％或60％等。
优选地，所述正硅酸烷基酯选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丁酯中的一种或至少两种的组合；例如可以是正硅酸甲酯与正硅酸乙酯的组合、正硅酸甲酯与正硅酸丁酯的组合或正硅酸乙酯与正硅酸丁酯的组合等。
优选地，所述二氧化硅为气相法二氧化硅或沉淀法二氧化硅。
优选地，所述结构控制剂选自羟基硅油、二苯基硅二醇、六甲基二硅氨烷或环状三硅氨烷中的一种或至少两种的组合；例如可以是羟基硅油与二苯基硅二醇的组合、羟基硅油与六甲基二硅氨烷的组合、羟基硅油与环状三硅氨烷的组合或二苯基硅二醇与六甲基二硅氨烷的组合等。
优选地，所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷或过氧化苯甲酸叔丁酯。
另一方面，本发明提供一种上述硅橡胶密封圈的制备方法，包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料组分进行密炼，得到混炼胶；
(2)将所述混炼胶进行开炼成型得到成型件；
(3)将所述成型件进行硫化处理，得到所述硅橡胶密封圈。
优选地，步骤(1)中所述密炼是在密炼机中进行。
优选地，所述密炼的温度为80-100℃，例如可以是80℃、82℃、85℃、88℃、90℃、92℃、95℃、98℃或100℃等；所述密炼的时间为4-8min，例如可以是4min、4.5min、5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min或8min等。
优选地，步骤(2)中所述开炼成型是在开炼机中进行。
优选地，所述开炼成型的温度为50-60℃，例如可以是50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃或60℃等；所述开炼成型的时间为3-5min，例如可以是3min、3.5min、4min、4.5min或5min等。
优选地，步骤(3)中所述硫化是在注射硫化机中进行。
优选地，所述硫化的压力为170-190kgf/cm2，例如可以是170kgf/cm2、172kgf/cm2、175kgf/cm2、178kgf/cm2、180kgf/cm2、182kgf/cm2、185kgf/cm2、188kgf/cm2或190kgf/cm2等；所述硫化的温度为170-180℃，例如可以是170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃或180℃等；所述硫化的时间为300-420s，例如可以是300s、310s、320s、330s、340s、350s、360s、370s、380s、390s、400s、410s或420s等。
优选地，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料组分加入密炼机中，在80-100℃下密炼4-8min，得到混炼胶；
(2)将所述混炼胶加入开炼机中，在50-60℃下开炼成型3-5min，得到成型件；
(3)将所述成型件在压力为170-190kgf/cm2，温度为170-180℃的条件下硫化300-420s，得到所述硅橡胶密封圈。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过采用硅橡胶、聚氨酯、EVA和正硅酸烷基酯作为基体材料，并调节其用量，使上述原料组分各自的性质相互平衡，相互配合，经硫化后得到了一种具有较高拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度以及较低的压缩永久变形的硅橡胶密封圈。该硅橡胶密封圈的拉伸强度为30-35MPa，断裂伸长率为650-730％，撕裂强度为67-73kN/m，压缩永久变形(25％初始压缩量，125℃下老化24h)为10-15％。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种硅橡胶密封圈，按质量份数计，包括如下原料组分：
甲基硅橡胶80份、聚氨酯45份、EVA10份、正硅酸甲酯10份、气相法二氧化硅60份、羧甲基纤维素10份、羟基硅油5份和2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷5份。
上述硅橡胶密封圈的制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料组分加入密炼机中，在80℃下密炼8min，得到混炼胶；
(2)将混炼胶加入开炼机中，在50℃下开炼成型5min，得到成型件；
(3)将成型件在压力为170kgf/cm2，温度为180℃的条件下硫化300s，得到上述硅橡胶密封圈。
实施例2
一种硅橡胶密封圈，按质量份数计，包括如下原料组分：
甲基乙烯基硅橡胶100份、聚氨酯30份、EVA20份、正硅酸乙酯5份、沉淀法二氧化硅80份、羧甲基纤维素5份、二苯基硅二醇10份和过氧化苯甲酸叔丁酯2份。
上述硅橡胶密封圈的制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料组分加入密炼机中，在100℃下密炼4min，得到混炼胶；
(2)将混炼胶加入开炼机中，在60℃下开炼成型3min，得到成型件；
(3)将成型件在压力为190kgf/cm2，温度为170℃的条件下硫化420s，得到上述硅橡胶密封圈。
实施例3
一种硅橡胶密封圈，按质量份数计，包括如下原料组分：
氟硅橡胶90份、聚氨酯40份、EVA15份、正硅酸丁酯8份、气相法二氧化硅70份、羧甲基纤维素6份、六甲基二硅氨烷7份和过氧化苯甲酸叔丁酯3份。
上述硅橡胶密封圈的制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料组分加入密炼机中，在90℃下密炼5min，得到混炼胶；
(2)将混炼胶加入开炼机中，在55℃下开炼成型4min，得到成型件；
(3)将成型件在压力为180kgf/cm2，温度为175℃的条件下硫化350s，得到上述硅橡胶密封圈。
实施例4
一种硅橡胶密封圈，按质量份数计，包括如下原料组分：
苯撑硅橡胶85份、聚氨酯32份、EVA18份、正硅酸甲酯6份、沉淀法二氧化硅75份、羧甲基纤维素8份、环状三硅氨烷9份和2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷4份。
上述硅橡胶密封圈的制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料组分加入密炼机中，在96℃下密炼6min，得到混炼胶；
(2)将混炼胶加入开炼机中，在52℃下开炼成型3.5min，得到成型件；
(3)将成型件在压力为178kgf/cm2，温度为172℃的条件下硫化320s，得到上述硅橡胶密封圈。
实施例5
一种硅橡胶密封圈，按质量份数计，包括如下原料组分：
甲基硅橡胶95份、聚氨酯42份、EVA12份、正硅酸乙酯7份、气相法二氧化硅65份、羧甲基纤维素9份、羟基硅油5份和过氧化苯甲酸叔丁酯3.5份。
上述硅橡胶密封圈的制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料组分加入密炼机中，在82℃下密炼7min，得到混炼胶；
(2)将混炼胶加入开炼机中，在58℃下开炼成型4.5min，得到成型件；
(3)将成型件在压力为185kgf/cm2，温度为178℃的条件下硫化400s，得到上述硅橡胶密封圈。
对比例1
与实施例5的区别在于甲基硅橡胶的质量份数为75份。
对比例2
与实施例5的区别在于甲基硅橡胶的质量份数为105份。
对比例3
与实施例5的区别在于聚氨酯的质量份数为26份。
对比例4
与实施例5的区别在于聚氨酯的质量份数为48份。
对比例5
与实施例5的区别在于EVA的质量份数为8份。
对比例6
与实施例5的区别在于EVA的质量份数为23份。
对比例7
与实施例5的区别在于正硅酸乙酯的质量份数为3份。
对比例8
与实施例5的区别在于正硅酸乙酯的质量份数为12份。
上述实施例1-5和对比例1-8提供的硅橡胶密封圈的性能数据如下表1所示。
测试项目 拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％) 撕裂强度(kN/m) 压缩永久变形(％)
实施例1 32 673 68 11
实施例2 31 685 71 13
实施例3 31 704 73 12
实施例4 35 698 69 15
实施例5 34 721 70 12
对比例1 22 540 56 19
对比例2 26 586 55 21
对比例3 21 521 53 22
对比例4 24 570 57 20
对比例5 22 566 56 23
对比例6 25 554 50 19
对比例7 23 528 51 24
对比例8 20 547 53 22
由表1的性能数据可知，当硅橡胶、聚氨酯、EVA和正硅酸烷基酯中任意一者的质量份数过多或过少时，均会导致制得的硅橡胶密封圈的机械强度和回弹性能变差，只有当其用量均保持在合适的范围内时，才能得到一种具有较高的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度以及较低的压缩永久变形的硅橡胶密封圈。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种硅橡胶密封圈，其特征在于，所述硅橡胶密封圈按质量份数计，包括如下原料组分：
硅橡胶80-100份、聚氨酯30-45份、EVA10-20份、正硅酸烷基酯5-10份、二氧化硅60-80份、羧甲基纤维素5-10份、结构控制剂5-10份和硫化剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的硅橡胶密封圈，其特征在于，所述硅橡胶选自甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、氟硅橡胶或苯撑硅橡胶中的一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的硅橡胶密封圈，其特征在于，所述EVA中醋酸乙烯酯单元的质量百分含量为40-60％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的硅橡胶密封圈，其特征在于，所述正硅酸烷基酯选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丁酯中的一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的硅橡胶密封圈，其特征在于，所述二氧化硅为气相法二氧化硅或沉淀法二氧化硅。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的硅橡胶密封圈，其特征在于，所述结构控制剂选自羟基硅油、二苯基硅二醇、六甲基二硅氨烷或环状三硅氨烷中的一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1-6任一项所述的硅橡胶密封圈，其特征在于，所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷或过氧化苯甲酸叔丁酯。
8.根据权利要求1-7任一项所述的硅橡胶密封圈的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料组分进行密炼，得到混炼胶；
(2)将所述混炼胶进行开炼成型得到成型件；
(3)将所述成型件进行硫化处理，得到所述硅橡胶密封圈。
9.根据权利要求8所述的硅橡胶密封圈，其特征在于，步骤(1)中所述密炼是在密炼机中进行；
优选地，所述密炼的温度为80-100℃，所述密炼的时间为4-8min；
优选地，步骤(2)中所述开炼成型是在开炼机中进行；
优选地，所述开炼成型的温度为50-60℃，所述开炼成型的时间为3-5min；
优选地，步骤(3)中所述硫化是在注射硫化机中进行；
优选地，所述硫化的压力为170-190kgf/cm2，所述硫化的温度为170-180℃，所述硫化的时间为300-420s。
10.根据权利要求8或9所述的硅橡胶密封圈，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的各原料组分加入密炼机中，在80-100℃下密炼4-8min，得到混炼胶；
(2)将所述混炼胶加入开炼机中，在50-60℃下开炼成型3-5min，得到成型件；
(3)将所述成型件在压力为170-190kgf/cm2，温度为170-180℃的条件下硫化300-420s，得到所述硅橡胶密封圈。
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