CN107200822A - 一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用tpu及合成方法 - Google Patents

一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用tpu及合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU及合成方法，该TPU，包括以下原料：聚己内酯二元醇950‑1050份、4‑4’二苯基甲烷二异氰酸酯240‑270份、对苯二酚二羟乙基醚95‑102份、聚碳化二亚胺11‑16份、助剂2‑3份。将聚己内酯二元醇加热后加入助剂搅匀，再加入4‑4’二苯基甲烷二异氰酸酯、加入聚碳化二亚胺与熔融的对苯二酚二羟乙基醚，真空搅拌，再经熟化、破碎、烘干、注塑成型即得。本发明技术生产效率远超橡胶的模压硫化成型，综合费用低，对环境污染几乎为零，在气封的基材中完美替代橡胶。本发明还解决了普通的TPU在耐热性、耐水解性能、压缩永久变形性能上的不足，在加工成型冷却时间上仅为普通TPU的一半，又进一步的提高了生产效率，降低了综合能耗。

Description

一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU及合成方法
技术领域
本发明涉及密封圈材料技术领域，具体是一种可以完美代替橡胶材料的耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU及合成方法。
背景技术
目前，中低压气缸以其自有的特点被广泛的应用于各行各业，甚至在部分行业应用中取代了液压缸的地位，其特点主要表现为灵活、反应迅速、操控精准、工作适应性优良、成本优势明显等。密封圈作为气缸的核心部件对质量的要求非常严格，而目前国内气缸密封圈的材质大多以橡胶为主，在生产效率、综合成本、环境污染上出现诸多不可避免的问题，部分厂家曾尝试用普通的TPU做气缸密封，但普通的TPU在耐热性、耐水解、压缩永久变形等性能上不能保证气缸的稳定使用，出现爬升、缓降等现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温、耐水解、低压缩永久变形的气缸密封圈用TPU及合成方法，以解决橡胶密封圈生产制作过程中的生产效率低、综合费用高、对环境污染大的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，包括以下原料：
作为本发明进一步的方案：助剂为抗氧剂1010。
作为本发明进一步的方案：所述耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，包括以下原料：
作为本发明进一步的方案：所述耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，包括以下原料：
一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，包括以下步骤：
1)将聚己内酯二元醇加热到80-100℃，然后加入助剂，以2800r/min的转速搅拌，然后加入70-80℃的4-4’二苯基甲烷二异氰酸酯，再以120r/min的转速继续搅拌该混合物，搅拌过程中保证混合物温度在85℃至90℃之间，反应2h后制得混合物料A，并保温100-120℃备用；
2)将聚碳化二亚胺与熔融的对苯二酚二羟乙基醚加入到混合物料A中，以2800r/min的转速在真空条件下搅拌20-40秒，倒入预热至140-180℃的恒温金属案板上，20-60分钟后将制得的料板取出，并立即移入80-120℃的烘箱中熟化12-24h；将熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成型，在80℃-120℃烘箱中熟化10-16小时后自然冷却即得气缸密封圈用TPU。
作为本发明进一步的方案：步骤1)中，将聚己内酯二元醇加热到95℃。
作为本发明进一步的方案：步骤1)中，加入75℃的4-4’二苯基甲烷二异氰酸酯。
作为本发明进一步的方案：搅拌时的搅拌器为浆式搅拌器。
作为本发明进一步的方案：步骤2)中，在真空条件下搅拌30秒。
作为本发明进一步的方案：步骤2)中，熟化时间为16h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.在合成材料方面，本发明以特殊的聚己内酯二元醇代替目前工业上使用的聚酯二元醇，使其在力学性能上、耐水解性能上有所提高，为材料的稳定使用奠定基础；同时，本发明以高结晶度、含耐热苯环结构的HQEE(对苯二酚二羟乙基醚)代替目前工业用的脂肪族小分子二醇扩链剂(如1,4-丁二醇、乙二醇、1，3-丙二醇等)，使材料在耐热性能、模量、成型速度上大大提高，以解决气缸使用过程中瞬间高温导致的爬升、缓降的问题。由于HQEE产品中含有大量的C-O醚键，使其合成的TPU在耐水解性能上有较大的提升；本发明中还添加了聚碳化二亚胺水解稳定剂，使材料在耐水解性能上进一步提高，该稳定剂能够与材料水解产生的羧基进行反应，是羧基催化水解作用终止，由于该稳定剂分子中含有多个碳化二亚胺基，它能够将端羧基低聚物重新连接起来，起到修补链段的作用，也为材料力学性能长期稳定做出一定贡献。
2.在合成技术方面，本发明以两步法合成技术，先将聚己内酯二元醇(PCL-220N)与设计好的一定计量的MDI(4-4，二苯基甲烷二异氰酸酯)按照设计的初始温度进行反应，在反应一定时间后，加入设计温度、计量的熔融的HQEE(对苯二酚二羟乙基醚)，再加入聚碳化二亚胺及其他助剂，使其在真空条件下继续反应，而后将反应液注入加热过的恒温模具中继续反应一定时间后切片破碎制得成品。以该合成技术合成的材料在结构上更加规整，同时避免了聚碳化二亚胺与MDI的反应对配方设计的影响。
本发明能够替代目前以橡胶为基材加工的中低压气缸密封件，解决了橡胶模压硫化加工的生产效率低、综合成本高、环境污染大的问题。本发明完美解决了现有TPU在耐热性、耐水解、压缩永久变形等性能上的不足，使其能够稳定的在气缸中使用。同时，本发明的TPU在加工过程中，成型冷却时间仅为普通TPU的一半，又进一步的提高了生产效率，减小了综合能耗。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中，一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，包括以下原料：
一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，包括以下步骤：
1)将聚己内酯二元醇加热到80℃，然后加入抗氧剂1010，以2800r/min的转速搅拌，然后加入70℃的4-4，二苯基甲烷二异氰酸酯，再以120r/min的转速继续搅拌该混合物，搅拌过程中保证混合物温度在85℃至90℃之间，反应2h后制得混合物料A，并保温100℃备用。
2)将聚碳化二亚胺与熔融的对苯二酚二羟乙基醚加入到混合物料A中，以2800r/min的转速在真空条件下搅拌20秒，倒入预热至140℃的恒温金属案板上，20分钟后将制得的料板取出，并立即移入80℃的烘箱中熟化12h；将熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成型，在80℃烘箱中熟化10小时后自然冷却即得气缸密封圈用TPU。
实施例2
本发明实施例中，一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，包括以下原料：
一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，包括以下步骤：
1)将聚己内酯二元醇加热到100℃，然后加入抗氧剂1010，以2800r/min的转速搅拌，然后加入80℃的4-4’二苯基甲烷二异氰酸酯，再以120r/min的转速继续搅拌该混合物，搅拌过程中保证混合物温度在85℃至90℃之间，反应2h后制得混合物料A，并保温120℃备用。
2)将聚碳化二亚胺与熔融的对苯二酚二羟乙基醚加入到混合物料A中，以2800r/min的转速在真空条件下搅拌40秒，倒入预热至180℃的恒温金属案板上，60分钟后将制得的料板取出，并立即移入120℃的烘箱中熟化24h；将熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成型，在120℃烘箱中熟化16小时后自然冷却即得气缸密封圈用TPU。
实施例3
本发明实施例中，一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，包括以下原料：
一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，包括以下步骤：
1)将聚己内酯二元醇加热到85℃，然后加入抗氧剂1010，以2800r/min的转速搅拌，然后加入75℃的4-4’二苯基甲烷二异氰酸酯，再以120r/min的转速继续搅拌该混合物，搅拌过程中保证混合物温度在85℃至90℃之间，反应2h后制得混合物料A，并保温105℃备用。
2)将聚碳化二亚胺与熔融的对苯二酚二羟乙基醚加入到混合物料A中，以2800r/min的转速在真空条件下搅拌25秒，倒入预热至150℃的恒温金属案板上，30分钟后将制得的料板取出，并立即移入90℃的烘箱中熟化14h；将熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成型，在90℃烘箱中熟化12小时后自然冷却即得气缸密封圈用TPU。
实施例4
本发明实施例中，一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，包括以下原料：
一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，包括以下步骤：
1)将聚己内酯二元醇加热到90℃，然后加入抗氧剂1010，以2800r/min的转速搅拌，然后加入75℃的4-4’二苯基甲烷二异氰酸酯，再以120r/min的转速继续搅拌该混合物，搅拌过程中保证混合物温度在85℃至90℃之间，反应2h后制得混合物料A，并保温115℃备用。
2)将聚碳化二亚胺与熔融的对苯二酚二羟乙基醚加入到混合物料A中，以2800r/min的转速在真空条件下搅拌35秒，倒入预热至170℃的恒温金属案板上，50分钟后将制得的料板取出，并立即移入110℃的烘箱中熟化20h；将熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成型，在110℃烘箱中熟化14小时后自然冷却即得气缸密封圈用TPU。
实施例5
本发明实施例中，一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，包括以下原料：
一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，包括以下步骤：
1)将聚己内酯二元醇加热到95℃，然后加入抗氧剂1010，用浆式搅拌器以2800r/min的转速搅拌，然后加入80℃的4-4’二苯基甲烷二异氰酸酯，再以120r/min的转速继续搅拌该混合物，搅拌过程中保证混合物温度在85℃至90℃之间，反应2h后制得混合物料A，并保温100℃备用。
2)将聚碳化二亚胺与熔融的对苯二酚二羟乙基醚加入到混合物料A中，以2800r/min的转速在真空条件下搅拌25秒，倒入预热至160℃的恒温金属案板上，40分钟后将制得的料板取出，并立即移入100℃的烘箱中熟化16h；将熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成型，在100℃烘箱中熟化12小时后自然冷却即得气缸密封圈用TPU。
同时还进行了以下对比例，并以实施例5为对比例。以下实例采用的以下原料简单介绍，如下所述。
PCL-220N，市购，聚己内酯二醇，分子量2000。
HQEE，市购，对苯二酚二羟乙基醚，纯度≥99％。
MDI，市购，4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯。
1010，市购，四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，高分子量的受阻酚抗氧剂。
聚碳化二亚胺，市购。
PE3020，市购，聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇，分子量2000。
1.4-BG，市购，又名1.4BDO，1，4-丁二醇，纯度≥99.8％。
PTMG-1000，市购，聚四氢呋喃醚二醇，分子量1000。
1.3-PG，市购，1,3-丙二醇，纯度≥99.8％。
对比例1
所用原料及工艺如下，各组分均为质量份数：
将PE3020与1.4-BG混合物加热到80℃，然后加入1010，用浆式搅拌器以2800r/min的速度搅拌，然后加入70℃的MDI，在真空条件下继续搅拌该混合物20秒，倒入预热150℃的恒温金属案板上，40分钟后将料板从案板中取出立即移入100℃烘箱中熟化8小时。熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成所需试片与试块，注塑试样放在100℃烘箱中熟化8个小时后自然冷却待测试。测试数据见表1。
对比例2
所用原料及工艺如下，各组分均为质量份数：
将PE3020、PTMG-1000与1.3-PG混合物加热到80℃，然后加入1010，用浆式搅拌器以2800r/min的速度搅拌，然后加入70℃的MDI，在真空条件下继续搅拌该混合物20秒，倒入预热160℃的恒温金属案板上，40分钟后将料板从案板中取出立即移入100℃烘箱中熟化8小时。熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成所需试片与试块，注塑试样放在100℃烘箱中熟化8个小时后自然冷却待测试。测试数据见表1。
对比例3
所用原料及工艺如下，各组分均为质量份数：
将PTMG-1000加热到80℃，然后加入1010，用浆式搅拌器以2800r/min的速度搅拌，再将熔融的HQEE加入到PTMG-1000中，控温使混合物温度为95℃，然后加入70℃的MDI，在真空条件下继续搅拌该混合物20秒，倒入预热160℃的恒温金属案板上，40分钟后将料板从案板中取出立即移入100℃烘箱中熟化12小时。熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成所需试片与试块，注塑试样放在100℃烘箱中熟化16个小时后自然冷却待测试。测试数据见表1。
对比例4
所用原料及工艺如下，各组分均为质量份数：
将PE3020加热到95℃，然后加入1010，用浆式搅拌器以2800r/min的速度搅拌，再将熔融的HQEE加入到PE3020中，控温使混合物温度为95℃，然后加入85℃的MDI，在真空条件下继续搅拌该混合物20秒，倒入预热160℃的恒温金属案板上，40分钟后将料板从案板中取出立即移入100℃烘箱中熟化16小时。熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成所需试片与试块，注塑试样放在110℃烘箱中熟化16个小时后自然冷却待测试。测试数据见表1。
对比例5
所用原料及工艺如下，各组分均为质量份数：
将PCL-220N加热到95℃，然后加入1010，用浆式搅拌器以2800r/min的速度搅拌，再将熔融的HQEE加入到PCL-220N中，控温使混合物温度为95℃，然后加入85℃的MDI，在真空条件下继续搅拌该混合物20秒，倒入预热160℃的恒温金属案板上，40分钟后将料板从案板中取出立即移入100℃烘箱中熟化16小时。熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成所需试片与试块，注塑试样放在110℃烘箱中熟化16个小时后自然冷却待测试。测试数据见表1。
对比例6
所用原料及工艺如下，各组分均为质量份数：
将PCL-220N加热到95℃，然后加入1010，用浆式搅拌器以2800r/min的速度搅拌，然后加入85℃的MDI，改用120r/min的速度继续搅拌该混合物，搅拌过程控温，保证溶液温度在85℃至90℃，反应2个小时后将液体温度升至100℃，再将熔融的HQEE加入到反应液中，以2800r/min的速度在真空条件下搅拌20秒，倒入预热160℃的恒温金属案板上，40分钟后将料板从案板中取出立即移入100℃烘箱中熟化16小时。熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成所需试片与试块，注塑试样放在110℃烘箱中熟化16个小时后自然冷却待测试。测试数据见表1。
注：实施例中所涉及的HQEE均为真空搅拌下缓慢融化。
表1对比例1-6与实施例5的力学性能结果表
1)所有压变数据的压缩率均为25％，此压缩率为密封行业的测试标准，相比ASTMD395的压缩率10％或15％具有更大的压缩量，相比ASTM D395的测试结果，本测试方法结果偏大，但更能说明材料压缩永久变形性能。
2)23℃压缩永久变形测试时间为168小时；100℃压缩永久变形的测试时间为24小时。
3)耐水解性能试验测试水温为100℃，实际水温平均为96℃。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，其特征在于，包括以下原料：
2.根据权利要求1所述的耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，其特征在于，助剂为抗氧剂1010。
3.根据权利要求1所述的耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，其特征在于，包括以下原料：
4.根据权利要求1所述的耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU，其特征在于，包括以下原料：
5.一种如权利要求1-4任一所述的耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将聚己内酯二元醇加热到80-100℃，然后加入助剂，以2800r/min的转速搅拌，然后加入70-80℃的4-4，二苯基甲烷二异氰酸酯，再以120r/min的转速继续搅拌该混合物，搅拌过程中保证混合物温度在85℃至90℃之间，反应2h后制得混合物料A，并保温100-120℃备用；
2)将聚碳化二亚胺与熔融的对苯二酚二羟乙基醚加入到混合物料A中，以2800r/min的转速在真空条件下搅拌20-40秒，倒入预热至140-180℃的恒温金属案板上，20-60分钟后将制得的料板取出，并立即移入80-120℃的烘箱中熟化12-24h；将熟化后的料板进行破碎，烘干，注塑成型，在80℃-120℃烘箱中熟化10-16小时后自然冷却即得气缸密封圈用TPU。
6.根据权利要求5所述的耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，其特征在于，步骤1)中，将聚己内酯二元醇加热到95℃。
7.根据权利要求5所述的耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，其特征在于，步骤1)中，加入75℃的4-4，二苯基甲烷二异氰酸酯。
8.根据权利要求5所述的耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，其特征在于，搅拌时的搅拌器为浆式搅拌器。
9.根据权利要求5所述的耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，其特征在于，步骤2)中，在真空条件下搅拌30秒。
10.根据权利要求5所述的耐高温、耐水解、低压变气缸密封圈用TPU的合成方法，其特征在于，步骤2)中，熟化时间为16h。
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