CN107892760A - 一种液压油缸u形圈用hnbr橡胶密封材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于橡塑密封技术领域，公开了一种液压油缸U形圈用的HNBR橡胶密封材料及其制备方法。该材料是由以下重量份的组分组成：100份氢化丁腈橡胶Therban A4309、10份金属氧化物、2份防老剂、80份炉法炭黑、5份增塑剂Paraplex G‑25、2份加工助剂C‑32、11.3份交联剂、22份助交联剂、2‑5份耐磨剂WR‑4012。本发明可以提高材料的耐磨、耐热老化等性能。

Description

一种液压油缸U形圈用HNBR橡胶密封材料及其制备方法和 应用

技术领域

本发明属于橡塑密封技术领域，特别涉及一种液压油缸U形圈用的HNBR橡胶密封材料及其制备方法和应用。

背景技术

在液压油缸(工作压力小于等于21Mpa)中，活塞杆密封可以采用NBR橡胶U形圈+PTFE挡圈的密封组合。虽然加了挡圈，在油液压力的作用下也很容易造成橡胶密封件的损坏和失效，导致油缸漏油甚至机械运转失灵。

当U形圈安装入沟槽时，因唇口过盈量的存在，使得唇口与活塞杆紧密接触。当加压时，U形圈的根部在压力的作用下发生变形，这时，不光是唇口，整个侧面都与活塞杆接触，成为滑动面，摩擦副的接触面积急剧增加。

根据往复运动密封机理，当U形圈与活塞杆之间产生流体润滑时，滑动面有一层油膜存在，此时的摩擦系数很小，生热也少，密封比较可靠。当油膜破裂，发生类似干摩擦的滑动摩擦时，由于摩擦副的接触面积很大，摩擦力很大，摩擦生热很多，加之液压缸内传热不良，会导致密封件急剧升温。

由于NBR橡胶耐热性、耐臭氧性能较差，在高温下的模量保持能力较差，如果还采用NBR橡胶U形圈+PTFE挡圈的活塞杆密封系统，就会存在密封失效或者密封件寿命不长的问题。

HNBR橡胶材料是通过选择催化加氢技术，由NBR材料部分或完全氢化而制得的，这一过程消除了聚合物分子链上丁二烯链段的双键，因此，具有良好的耐热、耐氧化降解和耐介质性能，是一种优异的橡胶密封材料。

通常NBR橡胶的长期使用温度上限是120℃，而HNBR橡胶可以达到150℃。显然，HNBR材料的耐热性能明显优于NBR。如果材料中添加了高效的耐磨剂，那么可以降低材料的摩擦系数，减少摩擦生热，从而延长密封件的使用寿命。

公布号CN 104693531A“一种高硬度O形圈、Y形圈胶料”的中国发明专利提供了一种高硬度O形圈、Y形圈胶料，该专利使用的是丁腈橡胶+丙烯酸酯橡胶，与本发明所用的氢化丁腈橡胶不同。公布号CN 106674649A“一种液压缸活塞杆密封材料”的中国发明专利提供了一种液压缸活塞杆密封材料，该专利使用的是丁腈橡胶+氯磺化聚乙烯橡胶+ABS弹性体，与本发明不同。公布号CN 106957467A“一种用于汽车油缸密封的橡胶密封材料及其制备方法”的中国发明专利提供了一种用于汽车油缸密封的橡胶密封材料，该专利使用的是丁腈橡胶+氟硅橡胶，与本发明不同。公布号CN 106750660A“一种耐高压液压油缸用U形密封圈及其制备方法”的中国发明专利，提供了一种耐高压液压油缸用U形密封圈，该发明使用的是普通的丁腈橡胶，与本发明不同。公布号CN 103483639A“一种高压油缸使用往复运动密封圈”的中国发明专利，提供了一种高压油缸使用往复运动密封圈，该发明使用的是普通丁腈橡胶，与本发明不同。公布号CN 102408660A“高压油缸使用往复运动密封圈材料及其生产方法”的中国发明专利，提供了一种高压油缸使用往复运动密封圈材料及其生产方法，该发明使用的是丁腈橡胶+PTFE，与本发明不同。

因此，开发低摩擦和耐高温的U形圈材料，具有非常重要的现实意义。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种液压油缸用HNBR橡胶密封材料；该材料具有耐热耐磨和弹性好的特点，适用于制造工作压力小于等于21Mpa的液压缸活塞杆用U形密封圈。

本发明的另一目的在于提供一种上述液压油缸用HNBR橡胶密封材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种上述液压油缸用HNBR橡胶密封材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种液压油缸U形圈用的HNBR橡胶密封材料，该材料由以下按重量份数计的原料制成：HNBR橡胶100份、金属氧化物10份、防老剂2份、炉法炭黑80份、增塑剂5份、加工助剂2份、耐磨剂2-5份、交联剂11.3份、助交联剂22份。

所述的耐磨剂是一种超高分子量线性聚合体复配物，包括日本住友化学株式会社的WR-4012。

所述的HNBR橡胶是指饱和度在99％以上，结合丙烯腈含量在41％以上，残余双键含量在1％以下，100℃门尼粘度在70以上的HNBR橡胶，包括德国阿朗新科高性能弹性体公司的Therban A4309；选择这个高饱和、高ACN含量、高门尼粘度生胶的目的是为了提高材料的耐热性，同时兼顾高强度和高回弹。

所述的增塑剂是高分子量的癸二酸酯类耐高温增塑剂，为美国浩思特公司的Paraplex G-25；这种高分子量的癸二酸酯类，具有极佳的耐热稳定性和耐油性能；在耐热配合中，增塑剂是可以不用的，考虑到本发明所制得的材料门尼粘度较高，需要适当的软化体系以改善加工工艺性能，所以少量添加增塑剂。

所述的金属氧化物为重量比1:1的氧化锌和氧化镁的混合物，在过氧化物交联体系中，金属过氧化物没有活化作用，添加的目的是为了提高材料的耐热性和导热性。

所述的防老剂为巯基型防老剂，这种防老剂不会湮灭过氧自由基，不会降低交联密度，而且耐热性能优良，优选为美国科聚亚公司的F-26；

所述的炉法炭黑是高耐磨炭黑N330与半补强炭黑N774重量比1:1的混合物，这个组合兼顾了耐磨和压变两个性能；如果单用高耐磨炭黑，则材料的压缩永久变形会增大，弹性变差；如果单用半补强炭黑，则材料的耐磨性和抗撕裂性能会下降。

所述的交联剂是法国阿科玛公司的Luperox DC40P-SP2；它是焦烧防护加强型的过氧化二异丙苯，与普通的DCP交联剂相比，在交联密度不损失的情况下，其焦烧时间延长了一倍以上，更好的兼顾了交联性能和加工性能。

所述的助交联剂为美国沙多玛公司的Ricon 153D和SR519HP的混合物；这一组助交联剂可增加材料的交联密度，降低材料的压缩永久变形。

所述的加工助剂是东莞海丽商贸有限公司的C-32；这是一种合成高级脂肪酸酯及醚与无机载体之混合物，可以改善填料的分散性，提高胶料流动性和脱模性，增加制品表面亮度。

上述的一种液压油缸U形圈用HNBR橡胶材料的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：首先按配方重量份称料并将HNBR橡胶、金属氧化物、防老剂、耐磨剂和加工助剂投入密炼室中，混炼150秒，再投入炉法炭黑和增塑剂，混炼到170℃排料，所得胶料在辊距为2.0mm的开炼机上薄通3次，出片冷却到室温。然后将胶料重新投入密炼室，并加入交联剂及助交联剂，混炼到90℃排胶，所得胶料在辊距为2.0mm的开炼机上薄通3次，出片冷却到室温，得到液压油缸U形圈用HNBR橡胶材料

上述的一种液压油缸U形圈用HNBR橡胶材料在制备液压油缸用U形圈中的应用。

本发明配方中耐磨剂是一种超高分子量线性聚合体复配物。传统的耐磨剂如石墨，其晶格是六角环形片状体的层叠结构，层间距离较大，层与层之间靠范德华力结合，相互作用较弱。在外部剪切力的作用下，层间容易滑动甚至脱落。石墨与大部分金属有较强的附着力，因此在与金属件对磨时，脱落的石墨碎屑很容易附着在金属表面，形成一层石墨薄膜，由此变成了石墨与石墨之间的摩擦，在油润滑条件下，润滑油在摩擦副表面形成了一层润滑膜，处于边界润滑和流体润滑状态，降低了磨损，从而达到润滑的作用。但是石墨有两个问题，一是层间容易剥离和脱落，导致材料体积和质量损失较大，相应的磨耗量较大。二是石墨表面不像炭黑那样拥有较多的活性基团，化学性质不活泼，与橡胶基体的相容性较差，容易局部富集而分散不良，在材料内部形成分层或局部薄弱点，影响制品的使用寿命。

本发明所用的耐磨剂的主体是超高分子量线性聚合物，与橡胶基体相容性很好，有利于在橡胶中的均匀分散。同时，耐磨剂的分子链与橡胶分子链扩散纠缠，生成一种类似互穿聚合物网络IPN的立体构造，因此不会发生耐磨剂脱落现象，达到同样的效果所需的用量很少。其次，由于耐磨剂是超高分子量线性聚合物，其分子链会延伸扩展到材料表面，形成一种类似微膜的结构，对橡胶分子链形成了隔离保护，在滑动摩擦副中，代替橡胶分子链进行了摩擦磨损，这就是它的作用机理。总体来说，它的突出优点是与橡胶相容性好、分散性能好，用量少的情况下就能达到很好的耐磨效果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：基于以上原理，本发明HNBR橡胶密封材料制作的液压油缸用U形圈，具有耐热，耐磨，回弹好，寿命长久的特点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

以下实施例中使用的原料为：

耐磨剂WR-4012，购买于日本住友化学株式会社，是一种超高分子量线性聚合体复配物。

HNBR橡胶Therban A4309，购买于德国阿朗新科高性能弹性体公司，是一种饱和度在99％以上，结合丙烯腈含量在41％以上，残余双键含量在1％以下，ML₍₁₊₄₎100℃门尼粘度在70以上的HNBR橡胶。

增塑剂Paraplex G-25，购买于美国浩思特公司，是一种高分子量的癸二酸酯类耐高温增塑剂。

防老剂F-26，购买于美国科聚亚公司。

交联剂Luperox DC40P-SP2，购买于法国阿科玛公司。

助交联剂Ricon 153D和SR519HP，均购买于美国沙多玛公司。

加工助剂C-32，购买于东莞海丽商贸有限公司。

实施例1

一种液压油缸U形圈用HNBR橡胶密封材料，其是由以下按重量份数计的原料制成：

100份HNBR橡胶Therban A4309、5份氧化锌、5份轻质氧化镁、2份防老剂F-26、40份炭黑N330、40份炭黑N774、2份加工助剂C-32、5份增塑剂G-25、11.3份交联剂DC40P-SP2、14份助交联剂153D、8份助交联剂SR519HP、2份耐磨剂WR-4012。

实施例2

一种液压油缸U形圈用HNBR橡胶密封材料，其是由以下按重量份数计的原料制成：

100份HNBR橡胶Therban A4309、5份氧化锌、5份轻质氧化镁、2份防老剂F-26、40份炭黑N330、40份炭黑N774、2份加工助剂C-32、5份增塑剂G-25、11.3份交联剂DC40P-SP2、14份助交联剂153D、8份助交联剂SR519HP、3份耐磨剂WR-4012。

实施例3

一种液压油缸U形圈用HNBR橡胶密封材料，其是由以下按重量份数计的原料制成：

100份HNBR橡胶Therban A4309、5份氧化锌、5份轻质氧化镁、2份防老剂F-26、2份加工助剂C-32、40份炭黑N330、40份炭黑N774、5份增塑剂G-25、11.3份交联剂DC40P-SP2、14份助交联剂153D、8份助交联剂SR519HP、4份耐磨剂WR-4012。

实施例4

一种液压油缸U形圈用HNBR橡胶密封材料，其是由以下按重量份数计的原料制成：

100份HNBR橡胶Therban A4309、5份氧化锌、5份轻质氧化镁、2份防老剂F-26、40份炭黑N330、40份炭黑N774、2份加工助剂C-32、7份增塑剂G-25、7.9份交联剂F40P-SP2、14份助交联剂153D、8份助交联剂SR519HP、5份耐磨剂WR-4012。

对比例1和2的制备步骤如上述实施例，只是有部分原料未添加或者做了替换。

性能检测如表1所示：

表1橡胶密封材料物理机械性能对比(单位：质量份数)

注释：

①A3467是阿朗新科公司的HNBR橡胶，ACN含量34％，残余双键含量5.5％，ML₍₁₊₄₎100℃门尼粘度68左右。

②老化系数＝老化后的(拉伸强度×拉断伸长率)/老化前(拉伸强度×拉断伸长率)

从表1中数据可以看出：

1、从s-1与d-1比较来看，当生胶残余双键含量提高时，分子主链上残余双键增多，导致材料的热稳定性下降，因此150℃×70h老化后的老化系数明显降低。

2、从s-2与d-2的比较来看，添加普通的石墨类自润滑剂后，材料的摩擦系数对比变化不显著，但是阿克隆磨耗量急剧增大。添加WR-4012耐磨剂的材料，不论是动摩擦系数还是阿克隆磨耗量都维持在一个较低的水平。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种液压油缸U形圈用的HNBR橡胶密封材料，其特征在于：该材料由以下按重量份数计的原料制成：HNBR橡胶100份、金属氧化物10份、防老剂2份、炉法炭黑80份、增塑剂5份、加工助剂2份、耐磨剂2-5份、交联剂11.3份、助交联剂22份。

2.根据权利要求1所述的一种液压油缸U形圈用的HNBR橡胶密封材料，其特征在于：所述的耐磨剂是一种超高分子量线性聚合体复配物，包括住友化学株式会社的WR-4012；所述的HNBR橡胶是指饱和度在99％以上，结合丙烯腈含量在41％以上，残余双键含量在1％以下，100℃门尼粘度在70以上的HNBR橡胶，包括德国阿朗新科高性能弹性体公司的TherbanA4309；所述的增塑剂是高分子量的癸二酸酯类耐高温增塑剂，为美国浩思特公司的Paraplex G-25；所述的防老剂为巯基型防老剂，包括美国科聚亚公司的F-26；所述的交联剂是法国阿科玛公司的Luperox DC40P-SP2；所述的助交联剂为美国沙多玛公司的Ricon153D和SR519HP的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种液压油缸U形圈用HNBR橡胶密封材料的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：首先按配方重量份称料并将HNBR橡胶、金属氧化物、防老剂、耐磨剂和加工助剂投入密炼室中，混炼150秒，再投入炉法炭黑和增塑剂，混炼到170℃排料，所得胶料在辊距为2.0mm的开炼机上薄通3次，出片冷却到室温。然后将胶料重新投入密炼室，并加入交联剂及助交联剂，混炼到90℃排胶，所得胶料在辊距为2.0mm的开炼机上薄通3次，出片冷却到室温，得到液压油缸U形圈用HNBR橡胶材料。

4.根据权利要求1所述的一种液压油缸U形圈用HNBR橡胶密封材料在制备液压油缸用U形圈中的应用。