CN109400988A - 一种密封垫片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种密封垫片，按重量比包括如下组分：改性甲基苯基乙烯基硅橡胶40‑50份、丁腈橡胶70‑80份、聚苯撑吡啶并咪唑纤维10‑15份、木质素30‑40份、木质素磺酸3‑5份、纳米硼纤维10‑15份、五氧化二磷1‑3份、2,2‑双(4‑异氰酸苯基)六氟丙烷3‑5份、偶联剂1‑5份。本发明还公开了所述密封垫片的制备方法和使用方法。本发明公开的密封垫片具有更加优异的耐压性、耐高温性、防腐性、耐老化性和密封回弹性，且耐磨性佳，使用寿命长，无污染，使用安全环保。

Description

一种密封垫片及其制备方法
技术领域
本发明涉及密封件技术领域，尤其涉及一种密封垫片及其制备方法。
背景技术
密封垫片是一种广泛应用于机械、设备和管道，起到密封作用的材料，属于凡是涉及流体的地方都会用到的密封备件。常见密封垫片是以金属或非金属板状材质，经切割，冲压或裁剪等工艺制成，用于管道之间的密封连接，机器设备的机件与机件之间的密封连接。密封垫片的性能直接影响密封效果，理想的密封垫片需要同时具有优异的耐压性、耐高温性、防腐性和密封回弹性。
现有的密封垫片主要包括金属密封垫片、石棉密封垫片和橡胶密封垫片，石棉密封垫片和橡胶密封垫片是以石棉纤维和橡胶为主要原料再辅以橡胶配合剂和填充料，经过混合搅拌、热辊成型和硫化等工序制成。石棉密封垫片具有优越的密封性能和耐腐蚀性，且价格低廉，但是国际上已经公认石棉是一种致癌物质，给环境和人们的身体健康带来了威胁。目前所制备的橡胶密封垫片拉伸强度较低，抗蠕变松弛能力较差，抗老化能力有待进一步提高。金属密封垫片虽然承受压力范围相对较大，但其压缩回弹性能有限，适用范围较窄。总之，现有的密封垫片普遍存在承受应力的能力较差，在使用一段时间后，由于承受压力和环境温度的影响，密封垫片很容易发生老化或松弛，密封性能变差甚至完全失去密封性，同时在安装时易弯曲变形，影响了密封效果。
因此，开发一种耐压性、耐高温性、防腐性、耐老化性、密封回弹性等性能更加优异的新型密封垫片符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种密封垫片，该密封垫片具有更加优异的耐压性、耐高温性、防腐性、耐老化性和密封回弹性，且耐磨性佳，使用寿命长，无污染，使用安全环保，同时本发明还提供了所述密封垫片的制备方法。
为达到以上目的，本发明提供一种密封垫片，按重量比包括如下组分：改性甲基苯基乙烯基硅橡胶40-50份、丁腈橡胶70-80份、聚苯撑吡啶并咪唑纤维10-15份、木质素30-40份、木质素磺酸3-5份、纳米硼纤维10-15份、五氧化二磷1-3份、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷3-5份、偶联剂1-5份。
优选地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH570、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH151、硅烷偶联剂KH171中的一种或几种。
优选地，所述改性甲基苯基乙烯基硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：将甲基苯基乙烯基硅橡胶放入开式炼胶机中塑炼3次，再加入4-羟基-6-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇、催化剂，混合均匀后，薄通5遍，然后放入密炼机中在80-90℃的条件下混炼3-5分钟后，密封放置10-15分钟，得到改性甲基苯基乙烯基硅橡胶。
优选地，所述甲基苯基乙烯基硅橡胶、4-羟基-6-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇、催化剂的质量比100:(3-5):(0.3-0.5)。
优选地，所述催化剂选自正丙胺、二乙基胺、二甲基苯基磷、四丁基溴化铵中的一种或几种。
优选地，所述密封垫片的制备方法，包括如下步骤：
S1：在密炼机中按配方依次加入改性甲基苯基乙烯基硅橡胶、丁腈橡胶、聚苯撑吡啶并咪唑纤维、木质素、木质素磺酸、纳米硼纤维、五氧化二磷、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷、偶联剂，在60-75℃的条件下混炼6-8分钟后，密封放置15-25分钟，然后放入预成型机出条，成胶料；
S2：将经过步骤S1制备得到的胶料投入注压机进行注压成型，开模得注压垫片；
S3：将经过步骤S2制备得到的注压垫片进行修边，并对尺寸、外观进行检验，得到成品。
优选地，所述注压成型的工艺参数为：机筒温度95-105℃，材料温度130-140℃，模型温度170-180℃，注射压力100-110MPa，锁模时间5-7min。
优选地，所述密封垫片的使用方法，包括如下步骤：将密封垫片在75-85℃的热水中浸泡5-10分钟，取出后沥干水分，再加0.01％-0.02％的硅油硅化3-6分钟，即可使用。
一种采用所述密封垫片作为密封件的喷油泵。
由于上述技术方案的运用，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明公开的密封垫片，制备方法简单易行，对设备依赖性不高，原料易得，价格低廉，适合规模化生产。
(2)本发明公开的密封垫片，克服了现有的密封垫片普遍存在承受应力的能力较差，在使用一段时间后，由于承受压力和环境温度的影响，密封垫片很容易发生老化或松弛，密封性能变差甚至完全失去密封性，同时在安装时易弯曲变形，影响了密封效果的技术问题，具有耐压性、耐高温性、防腐性、耐老化性和密封回弹性更加优异，耐磨性更佳，使用寿命更长，使用更加安全环保的优点。
(3)本发明公开的密封垫片，采用改性甲基苯基乙烯基硅橡胶、丁腈橡胶共混作为基材，使得密封垫片耐候性、机械力学性能更佳，通过改性，一方面，引入含氟基团和嘧啶基团，进一步提高垫片的综合性能；其次，通过改性引入羟基，为后续交联提高位点；加入的聚苯撑吡啶并咪唑纤维、纳米硼纤维协同作用，结合有机无机纤维的优点，提高垫片的回弹性，纳米尺寸的组分加入又可提高垫片的密实度，从而提高其密封性能；木质素磺酸作为含有磺酸基的组分，在注压成垫阶段，会与其他成分中的苯环发生交联，且与木质素相容性好，能有效起到增强作用；加入的2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷与基材上的羟基反应，进一步提高垫片回弹性和综合性能；各成分协同作用，合理配伍，可以有效延长密封垫片的使用寿命和密封性能稳定性。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明实施例中所述原料购于摩贝(上海)生物科技有限公司。
实施例1
一种密封垫片，按重量比包括如下组分：改性甲基苯基乙烯基硅橡胶40份、丁腈橡胶70份、聚苯撑吡啶并咪唑纤维10份、木质素30份、木质素磺酸3份、纳米硼纤维10份、五氧化二磷1份、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷3份、偶联剂KH5701份。
所述改性甲基苯基乙烯基硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：将甲基苯基乙烯基硅橡胶1000g放入开式炼胶机中塑炼3次，再加入4-羟基-6-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇30g、正丙胺3g，混合均匀后，薄通5遍，然后放入密炼机中在80℃的条件下混炼3分钟后，密封放置10分钟，得到改性甲基苯基乙烯基硅橡胶。
所述密封垫片的制备方法，包括如下步骤：
S1：在密炼机中按配方依次加入改性甲基苯基乙烯基硅橡胶、丁腈橡胶、聚苯撑吡啶并咪唑纤维、木质素、木质素磺酸、纳米硼纤维、五氧化二磷、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷、偶联剂，在60℃的条件下混炼6分钟后，密封放置15分钟，然后放入预成型机出条，成胶料；
S2：将经过步骤S1制备得到的胶料投入注压机进行注压成型，开模得注压垫片；
S3：将经过步骤S2制备得到的注压垫片进行修边，并对尺寸、外观进行检验，得到成品。
所述注压成型的工艺参数为：机筒温度95℃，材料温度130℃，模型温度170℃，注射压力100MPa，锁模时间5min。
所述密封垫片的使用方法，包括如下步骤：将密封垫片在75℃的热水中浸泡5分钟，取出后沥干水分，再加0.01％的硅油硅化3分钟，即可使用。
实施例2
一种密封垫片，按重量比包括如下组分：改性甲基苯基乙烯基硅橡胶43份、丁腈橡胶73份、聚苯撑吡啶并咪唑纤维12份、木质素33份、木质素磺酸4份、纳米硼纤维12份、五氧化二磷2份、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷4份、硅烷偶联剂KH5502份。
所述改性甲基苯基乙烯基硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：将甲基苯基乙烯基硅橡胶1000g放入开式炼胶机中塑炼3次，再加入4-羟基-6-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇35g、二乙基胺3.5g，混合均匀后，薄通5遍，然后放入密炼机中在83℃的条件下混炼3.5分钟后，密封放置12分钟，得到改性甲基苯基乙烯基硅橡胶。
所述密封垫片的制备方法，包括如下步骤：
S1：在密炼机中按配方依次加入改性甲基苯基乙烯基硅橡胶、丁腈橡胶、聚苯撑吡啶并咪唑纤维、木质素、木质素磺酸、纳米硼纤维、五氧化二磷、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷、偶联剂，在66℃的条件下混炼6.5分钟后，密封放置18分钟，然后放入预成型机出条，成胶料；
S2：将经过步骤S1制备得到的胶料投入注压机进行注压成型，开模得注压垫片；
S3：将经过步骤S2制备得到的注压垫片进行修边，并对尺寸、外观进行检验，得到成品。
所述注压成型的工艺参数为：机筒温度98℃，材料温度134℃，模型温度173℃，注射压力103MPa，锁模时间5.5min。
所述密封垫片的使用方法，包括如下步骤：将密封垫片在78℃的热水中浸泡6.5分钟，取出后沥干水分，再加0.013％的硅油硅化4.5分钟，即可使用。
实施例3
一种密封垫片，按重量比包括如下组分：改性甲基苯基乙烯基硅橡胶45份、丁腈橡胶76份、聚苯撑吡啶并咪唑纤维13份、木质素36份、木质素磺酸4份、纳米硼纤维13份、五氧化二磷2份、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷4份、硅烷偶联剂KH5603份。
所述改性甲基苯基乙烯基硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：将甲基苯基乙烯基硅橡胶1000g放入开式炼胶机中塑炼3次，再加入4-羟基-6-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇40g、二甲基苯基磷4g，混合均匀后，薄通5遍，然后放入密炼机中在85℃的条件下混炼4分钟后，密封放置13分钟，得到改性甲基苯基乙烯基硅橡胶。
所述密封垫片的制备方法，包括如下步骤：
S1：在密炼机中按配方依次加入改性甲基苯基乙烯基硅橡胶、丁腈橡胶、聚苯撑吡啶并咪唑纤维、木质素、木质素磺酸、纳米硼纤维、五氧化二磷、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷、偶联剂，在68℃的条件下混炼7分钟后，密封放置20分钟，然后放入预成型机出条，成胶料；
S2：将经过步骤S1制备得到的胶料投入注压机进行注压成型，开模得注压垫片；
S3：将经过步骤S2制备得到的注压垫片进行修边，并对尺寸、外观进行检验，得到成品。
所述注压成型的工艺参数为：机筒温度99℃，材料温度136℃，模型温度176℃，注射压力106MPa，锁模时间6.2min。
所述密封垫片的使用方法，包括如下步骤：将密封垫片在79℃的热水中浸泡8分钟，取出后沥干水分，再加0.016％的硅油硅化4.5分钟，即可使用。
实施例4
一种密封垫片，按重量比包括如下组分：改性甲基苯基乙烯基硅橡胶48份、丁腈橡胶78份、聚苯撑吡啶并咪唑纤维14份、木质素38份、木质素磺酸5份、纳米硼纤维14份、五氧化二磷3份、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷4份、偶联剂4份。
所述偶联剂是硅烷偶联剂KH570、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH151、硅烷偶联剂KH171按质量比1:2:1:2:1混合而成的混合物。
所述改性甲基苯基乙烯基硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：将甲基苯基乙烯基硅橡胶1000g放入开式炼胶机中塑炼3次，再加入4-羟基-6-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇45g、催化剂4.5g，混合均匀后，薄通5遍，然后放入密炼机中在89℃的条件下混炼4.5分钟后，密封放置14.5分钟，得到改性甲基苯基乙烯基硅橡胶。
所述催化剂是正丙胺、二乙基胺、二甲基苯基磷、四丁基溴化铵按质量比2:1:3:2混合而成的混合物。
所述密封垫片的制备方法，包括如下步骤：
S1：在密炼机中按配方依次加入改性甲基苯基乙烯基硅橡胶、丁腈橡胶、聚苯撑吡啶并咪唑纤维、木质素、木质素磺酸、纳米硼纤维、五氧化二磷、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷、偶联剂，在73℃的条件下混炼7.5分钟后，密封放置24分钟，然后放入预成型机出条，成胶料；
S2：将经过步骤S1制备得到的胶料投入注压机进行注压成型，开模得注压垫片；
S3：将经过步骤S2制备得到的注压垫片进行修边，并对尺寸、外观进行检验，得到成品。
所述注压成型的工艺参数为：机筒温度103℃，材料温度138℃，模型温度178℃，注射压力108MPa，锁模时间6.5min。
所述密封垫片的使用方法，包括如下步骤：将密封垫片在83℃的热水中浸泡9分钟，取出后沥干水分，再加0.018％的硅油硅化5分钟，即可使用。
实施例5
一种密封垫片，按重量比包括如下组分：改性甲基苯基乙烯基硅橡胶50份、丁腈橡胶80份、聚苯撑吡啶并咪唑纤维15份、木质素40份、木质素磺酸5份、纳米硼纤维15份、五氧化二磷3份、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷5份、硅烷偶联剂KH1715份。
所述改性甲基苯基乙烯基硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：将甲基苯基乙烯基硅橡胶1000g放入开式炼胶机中塑炼3次，再加入4-羟基-6-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇50g、四丁基溴化铵5g，混合均匀后，薄通5遍，然后放入密炼机中在90℃的条件下混炼5分钟后，密封放置15分钟，得到改性甲基苯基乙烯基硅橡胶。
所述密封垫片的制备方法，包括如下步骤：
S1：在密炼机中按配方依次加入改性甲基苯基乙烯基硅橡胶、丁腈橡胶、聚苯撑吡啶并咪唑纤维、木质素、木质素磺酸、纳米硼纤维、五氧化二磷、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷、偶联剂，在75℃的条件下混炼8分钟后，密封放置25分钟，然后放入预成型机出条，成胶料；
S2：将经过步骤S1制备得到的胶料投入注压机进行注压成型，开模得注压垫片；
S3：将经过步骤S2制备得到的注压垫片进行修边，并对尺寸、外观进行检验，得到成品。
优选地，所述注压成型的工艺参数为：机筒温度105℃，材料温度140℃，模型温度180℃，注射压力110MPa，锁模时间7min。
所述密封垫片的使用方法，包括如下步骤：将密封垫片在85℃的热水中浸泡10分钟，取出后沥干水分，再加0.02％的硅油硅化6分钟，即可使用。
对比例1
本例提供一种密封垫片，其配方和制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加聚苯撑吡啶并咪唑纤维。
对比例2
本例提供一种密封垫片，其配方和制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加纳米硼纤维。
对比例3
本例提供一种密封垫片，其配方和制备方法与实施例1相似，不同的是用甲基苯基乙烯基硅橡胶替代改性甲基苯基乙烯基硅橡胶。
对比例4
本例提供一种密封垫片，其配方和制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷。
对比例5
本例提供一种密封垫片，其配方和制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加木质素磺酸。
对比例6
本例提供一种密封垫片，其配方及制备方法同中国发明专利CN 102408655B实施例1。
将以上实施例1-5及对比例1-6制备的密封垫片进行性能测试，测试方法及测试结果见表1。
从表1可见，本发明实施例公开的密封垫片，与现有技术中的密封垫片相比，具有更加优异的密封回弹性、耐高温性、耐老化性和机械力学性能，这是各成分协同作用的结构，2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷、木质素磺酸、纳米硼纤维、聚苯撑吡啶并咪唑纤维的添加和甲基苯基乙烯基硅橡胶的改性对这些优异的性能均有贡献。
表1
项目 压缩率 回弹率 抗拉强度 耐高温 热空气老化 泄漏率
单位 ％ ％ KN/mm ℃ h mg/m.s
测试标准 ASTMF36 ASTMF36 ASTMD412 EN344 GB/T2941 DNIN28091
实施例1 12.55 78.2 25.3 343 350 2.5
实施例2 12.43 78.8 25.5 345 353 2.3
实施例3 12.32 79.3 25.7 350 356 2.1
实施例4 12.25 79.5 25.8 352 358 2.0
实施例5 12.13 80.2 26.4 355 360 1.8
对比例1 14.28 66.0 18.4 300 334 3.0
对比例2 14.47 65.7 17.8 310 336 3.2
对比例3 14.19 64.3 16.9 305 324 2.8
对比例4 14.07 65.3 17.5 297 330 3.0
对比例5 14.24 64.9 18.1 304 325 3.2
对比例6 15.51 59.0 12.5 275 315 3.5
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种密封垫片，其特征在于，按重量比包括如下组分：改性甲基苯基乙烯基硅橡胶40-50份、丁腈橡胶70-80份、聚苯撑吡啶并咪唑纤维10-15份、木质素30-40份、木质素磺酸3-5份、纳米硼纤维10-15份、五氧化二磷1-3份、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷3-5份、偶联剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的密封垫片，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH570、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH151、硅烷偶联剂KH171中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的密封垫片，其特征在于，所述改性甲基苯基乙烯基硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：将甲基苯基乙烯基硅橡胶放入开式炼胶机中塑炼3次，再加入4-羟基-6-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇、催化剂，混合均匀后，薄通5遍，然后放入密炼机中在80-90℃的条件下混炼3-5分钟后，密封放置10-15分钟，得到改性甲基苯基乙烯基硅橡胶。
4.根据权利要求3所述的密封垫片，其特征在于，所述甲基苯基乙烯基硅橡胶、4-羟基-6-(三氟甲基)嘧啶-2-硫醇、催化剂的质量比100:(3-5):(0.3-0.5)。
5.根据权利要求3所述的密封垫片，其特征在于，所述催化剂选自正丙胺、二乙基胺、二甲基苯基磷、四丁基溴化铵中的一种或几种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的密封垫片，其特征在于，所述密封垫片的制备方法，包括如下步骤：
S1：在密炼机中按配方依次加入改性甲基苯基乙烯基硅橡胶、丁腈橡胶、聚苯撑吡啶并咪唑纤维、木质素、木质素磺酸、纳米硼纤维、五氧化二磷、2,2-双(4-异氰酸苯基)六氟丙烷、偶联剂，在60-75℃的条件下混炼6-8分钟后，密封放置15-25分钟，然后放入预成型机出条，成胶料；
S2：将经过步骤S1制备得到的胶料投入注压机进行注压成型，开模得注压垫片；
S3：将经过步骤S2制备得到的注压垫片进行修边，并对尺寸、外观进行检验，得到成品。
7.根据权利要求6所述的密封垫片，其特征在于，所述注压成型的工艺参数为：机筒温度95-105℃，材料温度130-140℃，模型温度170-180℃，注射压力100-110MPa，锁模时间5-7min。
8.根据权利要求7所述的密封垫片，其特征在于，所述密封垫片的使用方法，包括如下步骤：将密封垫片在75-85℃的热水中浸泡5-10分钟，取出后沥干水分，再加0.01％-0.02％的硅油硅化3-6分钟，即可使用。
9.一种采用权利要求8所述的密封垫片作为密封件的喷油泵。
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