CN107266739A - 一种环保耐高低温橡胶油封材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属橡胶骨架油封制造技术领域，涉及一种环保耐高低温橡胶油封材料及其制备方法。制备方法如下：（1）按质量份比例称取各原料，将丁腈橡胶、碳纤维粉、氧化锌、氧化铁、氧化铈、硬脂酸、硫磺、炭黑、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯，氧化聚乙烯，炭黑分散剂，4‑氨基二苯胺，2,2‑二硫代二苯并噻唑，二硫化四乙基秋兰姆，二乙基二硫代氨基甲酸碲，硅烷偶联剂，脱模剂投入到开炼机中混炼均匀，下料放置过夜；（2）将过夜的胶料投入开炼机返炼后，出片；（3）胶料预成型后，与边缘部位涂有胶粘剂的金属骨架一并置于硫化模具中进行硫化处理；（4）修边、检验、包装、入库。本发明的骨架油封属环保型密封，且耐油、耐高低温性能优异。

Description

一种环保耐高低温橡胶油封材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶复合材料加工领域，具体涉及一种环保耐高低温橡胶油封及其制备方法。
背景技术
橡胶是一种高弹性聚合物，具有优异的综合性能，与金属有良好粘结性、具有良好的力学、老化、疲劳性能，此外，在耐候、抗静电、耐溶剂等方面均较突出。骨架油封是液密封的典型代表，最为复杂。骨架油封固定在零部件的间隙内，形成弹性阻隔，将传动部件中需要润滑的部件与出力部件隔离，阻止润滑油/脂渗漏。例如使用在汽车发动机的曲轴、变速箱、减震器、活塞轴承等部件的油封，不仅要实现阻隔密封的作用，同时由于所密封的介质为燃油或者润滑油/脂，因此橡胶油封又必须满足耐油、耐高低温的特性，目前的橡胶油封常常遇到耐热、耐油、耐老化、抗拉强度低等不良问题，致使机械部件出现漏油、腐蚀、磨损、寿命缩短等后果。此外，由于一般废弃的橡胶油封会持续散发出化学物质，进而造成环境污染，因此开发环保型的橡胶油封也是十分必要的。当前环保型、节约型社会的大背景下，迫切需要一种环保高性能的橡胶油封来满足市场日益增长的需求。丁腈橡胶由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合而成，耐油及耐磨性能优异，耐热性良好，且具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能。可在120°C的环境温度内长期使用。然而，汽车行业的快速发展使得人们对车辆的密封及安全性能提出更高的要求，如汽车发动机及周边涉及到橡胶零部件耐温要求提高到150°C，并需在此温度下具有良好的长期耐油性。因而丙烯酸酯橡胶、氟橡胶、氢化丁腈橡胶等具有优异耐油耐温性能的橡胶应运而生，但其价格高昂，制约了其在汽车行业的广泛应用。因此，改善丁腈橡胶的耐热性，提高其综合性能，降低乘用车密封成本，成为建设环保节约型社会的重要课题之一。
发明内容
本发明的目的是：针对环保、低碳和绿色需求，提供一种环保耐高低温的橡胶油封及其制备方法。以丁腈橡胶为主要载体，通过添加不同的无害无毒橡胶助剂，制备出一种丁腈橡胶复合材料，即兼具有环保特性和耐高低温耐油的橡胶油封。
本发明的技术方案是：一种环保耐高低温橡胶油封材料，由以下成分按质量份制备而成：丁腈橡胶75-85份，纳米碳纤维粉10-15份，白炭黑30-40份，喷雾炭黑2-5份，氧化锌5-8份，氧化铁2-4份，氧化铈3-5份，硬脂酸1-2份，硫磺1-2份，邻苯二甲酸二丁酯8-10份，邻苯二甲酸二辛酯6-8份，氧化聚乙烯2-3份，炭黑分散剂1-2份，4-氨基二苯胺0.5-1份，2,2-二硫代二苯并噻唑0.5-1份，二硫化四乙基秋兰姆1-1.5份，二乙基二硫代氨基甲酸碲1-1.5份，硅烷偶联剂1-2份，脱模剂3-5份。
进一步优化设计制备的，一种环保耐高低温橡胶油封材料，由以下成分按质量份制备而成：丁腈橡胶78-82份，纳米碳纤维粉12-14份，白炭黑32-38份，喷雾炭黑2.5-4.5份，氧化锌6-7份，氧化铁2.4-3.8份，氧化铈3.2-4.5份，硬脂酸1.2-1.7份，硫磺1.5-1.8份，邻苯二甲酸二丁酯8.5-9.5份，邻苯二甲酸二辛脂6.5-7.8份，氧化聚乙烯2.2-2.8份，炭黑分散剂1.2-1.5份，4-氨基二苯胺0.6-0.8份，2,2-二硫代二苯并噻唑0.6-0.9份，二硫化四乙基秋兰姆1.2-1.4份，二乙基二硫代氨基甲酸碲1.1-1.4份，硅烷偶联剂1.2-1.7份，脱模剂3.5-4.5份。
所述的一种环保耐高低温橡胶油封材料，所述的纳米碳纤维粉的粒径在10-30nm，耐热添加剂氧化锌、氧化铁及氧化铈粒径均在20-50nm。
所述的一种环保耐高低温橡胶油封材料，所述的硅烷偶联剂为环保型3-甲基丙烯酰胺氧-丙基三甲氧基硅烷，环保型脱模剂为硅树脂成分。
上述环保耐高低温橡胶油封的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述质量份比例称取各原料，将丁腈橡胶、碳纤维粉、白炭黑、喷雾炭黑、氧化锌、氧化铁、氧化铈、硬脂酸、硫磺、塑性剂，氧化聚乙烯，炭黑分散剂，促进剂，防老剂，硅烷偶联剂，脱模剂按照加料顺序分别投入开炼机中在温度低于40°C以下混炼40min，下料，放置过夜；
（2）将过夜后的混炼胶料重新投入开炼机，在温度低于40°C的条件下返炼5min，出片；
（3）将返炼后的橡胶胶料预成型后，与边缘部位涂有胶粘剂的金属骨架一并放入硫化模具，置于硫化机中进行硫化处理，硫化温度为165-175°C，加压20-40吨，硫化时间为5-8min；
（4）进行修边，检验、包装、入库；
进一步的，所述的一种环保耐高低温橡胶油封的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中耐热添加剂为氧化锌、氧化铁、氧化铈，且均为纳米级20-50nm，与其它添加剂共同构成环保型助剂；
进一步的，所述的一种环保耐高低温橡胶油封的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中混炼胶的二次混炼，低温快速混合均匀；
进一步的，所述的一种环保耐高低温橡胶油封的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的硫化温度为175°C，加压至40吨，硫化时间为5min；
本发明的有益效果：本发明的环保耐高低温橡胶油封在经过150°C，72小时的老化试验后，最佳的骨架油封的硬度变化为4.2，强度减少了5.1%，强度伸长率减少了10.5%；经过-30°C，72小时的低温试验后，最佳的密封圈硬度变化为4.7，强度减少了5.8%，强度伸长率减少了10.5%。经过100°C，48小时的浸油试验发现，最佳的密封圈的硬度变化为3.5，强度减少了2.8%，强度伸长率减少了9.5%。本发明的骨架油封耐高低温、耐油性能优异。
具体实施方式
实施例1
一种环保耐高低温橡胶油封材料，由以下成分按质量份制备而成：丁腈橡胶85份，纳米碳纤维粉15份，白炭黑40份，喷雾炭黑5份，氧化锌8份，氧化铁2份，氧化铈3份，硬脂酸1份，硫磺2份，邻苯二甲酸二丁酯10份，邻苯二甲酸二辛酯8份，氧化聚乙烯3份，炭黑分散剂2份，4-氨基二苯胺1份，2,2-二硫代二苯并噻唑1份，二硫化四乙基秋兰姆1.5份，二乙基二硫代氨基甲酸碲1份，硅烷偶联剂2份，脱模剂5份。
上述环保耐高低温橡胶油封的制备方法为：（1）按上述质量份比例称取个原料，将丁腈橡胶、碳纤维粉、氧化锌、氧化铁、氧化铈、硬脂酸、硫磺、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂，氧化聚乙烯，炭黑分散剂、4-氨基二苯胺，2,2-二硫代二苯并噻唑，二硫化四乙基秋兰姆，二乙基二硫代氨基甲酸碲，硅烷偶联剂，脱模剂按照加料顺序分别投入开炼机中在温度低于40°C以下混炼40min，下料，放置过夜；（2）将过夜后的混炼胶料重新投入开炼机，在温度低于40°C的条件下返炼5min，出片。（3）将返炼后的胶料预成型后，与边缘部位涂有胶粘剂的金属骨架一并放入硫化模具，置于硫化机中放入硫化设备，进行硫化处理，硫化温度为175°C，加压40T，硫化时间为5min；（4）进行修边，检验、包装、入库。
实施例2
一种环保耐高低温橡胶油封材料，由以下成分按质量份制备而成：丁腈橡胶75份，纳米碳纤维粉10份，炭黑30份，氧化锌5份，氧化铁4份，氧化铈5份，硬脂酸2份，硫磺1份，邻苯二甲酸二丁酯8份，邻苯二甲酸二辛酯6份，氧化聚乙烯2份，炭黑分散剂1份，4-氨基二苯胺0.5份，2,2-二硫代二苯并噻唑0.5份，二硫化四乙基秋兰姆1份，二乙基二硫代氨基甲酸碲1.5份，硅烷偶联剂1份，脱模剂3份。
上述环保耐高低温橡胶油封的制备方法为：（1）按上述质量份比例称取个原料，将丁腈橡胶、碳纤维粉、氧化锌、氧化铁、氧化铈、硬脂酸、硫磺、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂，氧化聚乙烯，炭黑分散剂、4-氨基二苯胺，2,2-二硫代二苯并噻唑，二硫化四乙基秋兰姆，二乙基二硫代氨基甲酸碲，硅烷偶联剂，脱模剂按照加料顺序分别投入开炼机中在温度低于40°C以下混炼40min，下料，放置过夜；（2）将过夜后的混炼胶料重新投入开炼机，在温度低于40°C的条件下返炼5min，出片。（3）将返炼后的胶料预成型后，与边缘部位涂有胶粘剂的金属骨架一并放入硫化模具，置于硫化机中放入硫化设备，进行硫化处理，硫化温度为165°C，加压20T，硫化时间为8min；（4）进行修边，检验、包装、入库。
实施例3
一种环保耐高低温橡胶油封材料，由以下成分按质量份制备而成：丁腈橡胶78份，纳米碳纤维粉12份，白炭黑32份，喷雾炭黑2.5份，氧化锌6份，氧化铁2.4份，氧化铈3.2份，硬脂酸1.2份，硫磺1.5份，邻苯二甲酸二丁酯8.5份，邻苯二甲酸二辛酯6.5份，氧化聚乙烯2.2份，炭黑分散剂1.2份，4-氨基二苯胺0.8份，2,2-二硫代二苯并噻唑0.6份，二硫化四乙基秋兰姆1.4份，二乙基二硫代氨基甲酸碲1.1份，硅烷偶联剂1.2份，脱模剂3.5份。
制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种环保耐高低温橡胶油封材料，由以下成分按质量份制备而成：丁腈橡胶82份，纳米碳纤维粉14份，白炭黑32份，喷雾炭黑4.5份，氧化锌7份，氧化铁3.8份，氧化铈4.5份，硬脂酸1.7份，硫磺1.8份，邻苯二甲酸二丁酯9.5份，邻苯二甲酸二辛酯7.8份，氧化聚乙烯2.8份，分散剂1.5份，4-氨基二苯胺0.6份，2,2-二硫代二苯并噻唑0.9份，二硫化四乙基秋兰姆1.2份，二乙基二硫代氨基甲酸碲1.4份，硅烷偶联剂1.7份，脱模剂4.5份。
制备方法与实施例2相同。
实施例5
一种环保耐高低温橡胶油封材料，由以下成分按质量份制备而成：丁腈橡胶80份，纳米碳纤维粉13份，白炭黑35份，喷雾炭黑3份，氧化锌6.5份，氧化铁3.5份，氧化铈4份，硬脂酸1.5份，硫磺1.6份，邻苯二甲酸二丁酯9份，邻苯二甲酸二辛酯7份，氧化聚乙烯2.5份，炭黑分散剂1.4份，4-氨基二苯胺0.7份，2,2-二硫代二苯并噻唑0.7份，二硫化四乙基秋兰姆1.3份，二乙基二硫代氨基甲酸碲1.3份，硅烷偶联剂1.5份，脱模剂4份。
制备方法与实施例1相同。
本发明材料的各项性能指标见下表，该橡胶油封在经过150°C，72小时的老化试验后，最佳的骨架油封的硬度变化为4.2，强度减少了5.1%，强度伸长率减少了10.5%；经过-30°C，72小时的低温试验后，最佳的密封圈硬度变化为4.7，强度减少了5.8%，强度伸长率减少了10.6%。经过100°C，48小时的浸油试验发现，最佳的密封圈的硬度变化为3.5，强度减少了2.8%，强度伸长率减少了9.5%。

Claims (9)

1.一种环保耐高低温橡胶油封材料，其特征在于，由以下成分按质量份制备而成：丁腈橡胶75-85份，纳米碳纤维粉10-15份，白炭黑30-40份，喷雾炭黑2-5份，氧化锌5-8份，氧化铁2-4份，氧化铈3-5份，硬脂酸1-2份，硫磺1-2份，邻苯二甲酸二丁酯8-10份，邻苯二甲酸二辛酯6-8份，氧化聚乙烯2-3份，炭黑分散剂1-2份，4-氨基二苯胺0.5-1份，2,2-二硫代二苯并噻唑0.5-1份，二硫化四乙基秋兰姆1-1.5份，二乙基二硫代氨基甲酸碲1-1.5份，硅烷偶联剂1-2份，脱模剂3-5份。
2.根据权利要求1所述的一种环保耐高低温耐油橡胶油封材料，其特征在于，由以下成分按质量份制备而成：丁腈橡胶78-82份，纳米碳纤维粉12-14份，白炭黑32-38份，喷雾炭黑2.5-4.5份，氧化锌6-7份，氧化铁2.4-3.8份，氧化铈3.2-4.5份，硬脂酸1.2-1.7份，硫磺1.5-1.8份，邻苯二甲酸二丁酯8.5-9.5份，邻苯二甲酸二辛脂6.5-7.8份，氧化聚乙烯2.2-2.8份，炭黑分散剂1.2-1.5份，4-氨基二苯胺0.6-0.8份，2,2-二硫代二苯并噻唑0.6-0.9份，二硫化四乙基秋兰姆1.2-1.4份，二乙基二硫代氨基甲酸碲1.1-1.4份，硅烷偶联剂1.2-1.7份，脱模剂3.5-4.5份。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种环保耐高低温耐油橡胶油封材料，其特征在于，纳米碳纤维粉的粒径在10-30nm，耐热添加剂氧化锌、氧化铁及氧化铈粒径均在20-50nm。
4.根据权利要求1或2所述的一种环保耐高低温耐油橡胶油封材料，其特征在于硅烷偶联剂为环保型3-甲基丙烯酰胺氧-丙基三甲氧基硅烷成分，脱模剂为硅树脂成分，炭黑分散剂为聚醚成分。
5.根据权利要求1所述的一种环保耐高低温耐油橡胶油封材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按上述质量份比例称取各原料，将丁腈橡胶、炭黑、氧化锌、氧化铁、氧化铈、硬脂酸、硫磺、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂，氧化聚乙烯，促进剂，防老剂，硅烷偶联剂分别投入开炼机中在温度低于40°C以下混炼40min，下料，放置过夜；
（2）将过夜后的混炼胶料重新投入开炼机，在温度低于40°C的条件下返炼5min，出片。
（3）将返炼后的胶料预成型后，与边缘部位涂有胶粘剂的金属骨架一并放入硫化模具，置于硫化机中进行硫化处理，硫化温度为165-175°C，加压20-40吨，硫化时间为5-8min；
（4）进行修边，检验、包装、入库。
6.根据权利要求5所述的一种环保耐高低温橡胶油封材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中耐热添加剂为氧化锌、氧化铁、氧化铈，且均为纳米级20-50nm，与其它添加剂共同构成环保型助剂。
7.根据权利要求5所述的一种环保耐高低温橡胶油封材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的将过夜后的混炼胶料重新投入开炼机，低温快速混合均匀。
8.根据权利要求5所述的一种环保耐高低温橡胶油封材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的硫化温度为175°C，加压至40吨，硫化时间为5min。
9.根据权利要求5所述的一种环保耐高低温橡胶油封的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的金属胶粘剂为无铅环保型粘合剂开姆洛克6000系列。
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