CN110776708B - 一种耐高温橡胶密封垫及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温橡胶密封垫及其制备方法，所述密封垫由如下重量份数的原料制备而成：丙烯酸酯橡胶40‑50份、天然橡胶25‑40份、四氟乙烯‑六氟丙烯共聚物15‑25份、硼纤维10‑20份、纳米海泡石8‑15份、阻燃剂5‑10份、甲基硅油15‑30份、增塑剂12‑25份、抗氧剂1‑1.5份、双二五硫化剂1‑5份，偶联剂2‑8份和促进剂0.5‑3份。本发明所得耐高温橡胶密封垫硬度合适，强度高，耐油、耐高温性能优异，不易被压缩，回弹性好。

Description

一种耐高温橡胶密封垫及其制备方法

技术领域

本发明属于密封材料技术领域，具体涉及一种耐高温橡胶密封垫及其制备方法。

背景技术

近年来，输油管道用高温压力管道日益增多，管道上高温法兰之间常采用橡胶垫密封，要求橡胶垫具有优异的耐热老化、耐油、耐高温等性能，但是现有的橡胶垫在高温使用条件下密封效果差，橡胶垫和法兰之间容易产生间隙，导致管道连接处出现松动和泄露问题。因此，开发一种高性能耐高温橡胶密封垫具有重要的意义。

公告号为CN102993682B的中国发明专利公开了一种高性能氯醇橡胶密封垫，其组成原料的重量份为：氯醇橡胶H45 135-145、丁基橡胶 CBK139 10-15、SG-6 型 PVC 树脂10-15、癸二酸丙二醇聚酯 3-5、乙酰柠檬酸三乙酯 3-5、顺丁烯二酸二丁酯 2-4、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡 1-2 等。该发明密封垫具有良好的耐高温性能、密封性能以及阻燃性能；抗腐蚀性能好，在酸，碱，油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不粘附在金属表面上；摩擦系数小，耐磨性好；具有与密封面结合的柔软性；耐天候老化和臭氧老化性能好，经久耐用等优点。但是，该专利原料种类多，制作成本高。

公开号为CN109400988A的中国发明专利申请公开了一种密封垫片，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。该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。但是，该专利所得密封垫片耐油性能较差。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种耐高温橡胶密封垫及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶40-50份、天然橡胶25-40份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物15-25份、硼纤维10-20份、纳米海泡石8-15份、阻燃剂 5-10份、甲基硅油15-30份、增塑剂12-25份、抗氧剂1-1.5 份、双二五硫化剂1-5份，偶联剂2-8份和促进剂0.5-3份。

优选地，所述的阻燃剂为阻燃剂PDSPB。

优选地，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或几种。

优选地，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、1076、168、CA和BHT中一种或几种。

优选地，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560和硅烷偶联剂KH570中的一种或几种。

优选地，所述的促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

一种耐高温橡胶密封垫的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物置于密炼机中60-80℃条件下混炼10-15min，得到混合胶料；

（2）将步骤（1）混合胶料和硼纤维、纳米海泡石、阻燃剂、甲基硅油、增塑剂、抗氧剂加入开炼机中，90-120℃条件下继续混炼5-10min，然后加入剩余原料，40-60℃条件下继续混炼1-3min，薄通6-8次，出片；

（3）将步骤（2）得到的片料在平板硫化机上硫化成型，即得。

橡胶作为一种在国民经济和日常生活中不可缺少的重要高分子材料，具有优良的物理机械性能、弹性和加工性能，在电力、汽车运输、矿山、化工等多种重要领域具有其它材料难以替代的作用。橡胶密封垫是一种常见用于管道、阀门、器械内部的密封部件，要求其具有耐高温、耐臭氧、耐天然老化、耐真空、耐燃料油、耐润滑油、耐强氧化剂、耐药品性和电绝缘性能好，例如：安徽荣达阀门有限公司公开了一些列密封垫CN102993682B、CN102977433B、CN102993517B、CN102977432B和CN102993502B。常见的密封垫橡胶基体材料主要有三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶、硅橡胶等，氯丁橡胶、丁腈橡胶硬度偏高、压缩应力偏大，弹性差，电源绝缘性能不佳；天然橡胶耐高温老化性能和耐臭氧性能较差；三元乙丙橡胶、硅橡胶强度低，不易加工，因此，常将上述橡胶材料混合使用或者在上述橡胶基体材料中添加各种填料，例如：软化剂、抗氧剂、增强剂、润滑剂等，通过共混交联方法来改善密封材料的综合性能，但是现有的用于管道密封的密封垫耐高温和耐油性能仍然一般，在高温使用条件下密封效果差，橡胶垫和法兰之间容易产生间隙，导致管道连接处出现松动和泄露问题，如何提高橡胶密封垫的耐高温和耐油性能具有重要的意义。

本发明的积极有益效果：

1. 本发明丙烯酸酯橡胶具有优异的耐热性、耐臭氧性和耐油性能，不会因紫外线作用而变色；天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，优良的回弹性、绝缘性、隔水性及可塑性，耐高温老化性能和耐臭氧性能较差；四氟乙烯-六氟丙烯共聚物是由四氟乙烯和六氟丙烯共聚而成，具有优异的耐高温性能和耐油性，易于与丙烯酸酯橡胶、天然橡胶交联共聚，所得密封垫基体材料耐高温耐油性能优异。硼纤维具有高强度、高弹性以及耐高温的特性，与基体橡胶材料之间形成高度网状交联结构，提高密封垫弹性；纳米海泡石具有优异的孔径结构，提高了密封垫的耐磨性；阻燃剂PDSPB燃烧时会在表面形成一层蓬松有孔封闭结构的炭质泡沫层，可削弱密封垫与热源间的热传，阻燃效果好；甲基硅油具有良好的防潮和绝缘性能，可塑性好，提高胶料的流动性，缩短混炼时间，促进各种原料快速分散均匀，防止胶料中出现气泡。本发明各种原料合用，所得耐高温橡胶密封垫邵氏硬度为65-68A，硬度合适；拉伸强度≥23.5MPa，密封垫强度高，150℃×168h热空气老化条件下，拉伸强度下降率≤5.5%，120℃×72h IBM903标准油浸泡条件下，拉伸强度下降率≤3.6%，耐油和耐高温性能优异；压缩率≤12.5%，回弹性≥75%，不易被压缩，回弹性好。

具体实施方式

下面结合一些具体实施方式，对本发明进一步说明。

实施例1

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶40份、天然橡胶25份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物15份、硼纤维10份、纳米海泡石8份、阻燃剂5份、甲基硅油15份、增塑剂12份、抗氧剂1份、双二五硫化剂1份，偶联剂2份和促进剂0.5份。

所述的阻燃剂为阻燃剂PDSPB。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二异辛酯。

所述的抗氧剂为抗氧剂1010。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550。

所述的促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

上述的耐高温橡胶密封垫的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物置于密炼机中60℃条件下混炼10min，得到混合胶料；

（2）将步骤（1）混合胶料和硼纤维、纳米海泡石、阻燃剂、甲基硅油、增塑剂、抗氧剂加入开炼机中，90℃条件下继续混炼10min，然后加入剩余原料，50℃条件下继续混炼1min，薄通6次，出片；

（3）将步骤（2）得到的片料在平板硫化机上硫化成型，即得。

实施例2

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶42份、天然橡胶26份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物17份、硼纤维12份、纳米海泡石10份、阻燃剂5份、甲基硅油17份、增塑剂14份、抗氧剂1.1份、双二五硫化剂1份，偶联剂3份和促进剂1份。

所述的阻燃剂为阻燃剂PDSPB。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。

所述的抗氧剂为抗氧剂CA。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH560。

所述的促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

上述的耐高温橡胶密封垫的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物置于密炼机中60℃条件下混炼12min，得到混合胶料；

（2）将步骤（1）混合胶料和硼纤维、纳米海泡石、阻燃剂、甲基硅油、增塑剂、抗氧剂加入开炼机中，100℃条件下继续混炼6min，然后加入剩余原料，40℃条件下继续混炼3min，薄通7次，出片；

（3）将步骤（2）得到的片料在平板硫化机上硫化成型，即得。

实施例3

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶43份、天然橡胶28份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物19份、硼纤维14份、纳米海泡石10份、阻燃剂6份、甲基硅油18份、增塑剂16份、抗氧剂1.2 份、双二五硫化剂2份，偶联剂5份和促进剂1份。

所述的阻燃剂为阻燃剂PDSPB。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

所述的抗氧剂为抗氧剂168。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH570。

所述的促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

上述的耐高温橡胶密封垫的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物置于密炼机中70℃条件下混炼13min，得到混合胶料；

（2）将步骤（1）混合胶料和硼纤维、纳米海泡石、阻燃剂、甲基硅油、增塑剂、抗氧剂加入开炼机中，100℃条件下继续混炼7min，然后加入剩余原料，60℃条件下继续混炼1min，薄通8次，出片；

（3）将步骤（2）得到的片料在平板硫化机上硫化成型，即得。

实施例4

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶45份、天然橡胶30份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物20份、硼纤维15份、纳米海泡石12份、阻燃剂7份、甲基硅油22份、增塑剂18份、抗氧剂1.2份、双二五硫化剂3份，偶联剂5份和促进剂1.5份。

所述的阻燃剂为阻燃剂PDSPB。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。

所述的抗氧剂为抗氧剂CA。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550。

所述的促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

上述的耐高温橡胶密封垫的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物置于密炼机中70℃条件下混炼12min，得到混合胶料；

（2）将步骤（1）混合胶料和硼纤维、纳米海泡石、阻燃剂、甲基硅油、增塑剂、抗氧剂加入开炼机中，100℃条件下继续混炼6min，然后加入剩余原料，50℃条件下继续混炼2min，薄通6次，出片；

（3）将步骤（2）得到的片料在平板硫化机上硫化成型，即得。

实施例5

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶46份、天然橡胶32份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物21份、硼纤维15份、纳米海泡石12份、阻燃剂8份、甲基硅油23份、增塑剂20份、抗氧剂1.3份、双二五硫化剂3份，偶联剂6份和促进剂2份。

所述的阻燃剂为阻燃剂PDSPB。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二异辛酯。

所述的抗氧剂为抗氧剂BHT。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH560。

所述的促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

上述的耐高温橡胶密封垫的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物置于密炼机中75℃条件下混炼15min，得到混合胶料；

（2）将步骤（1）混合胶料和硼纤维、纳米海泡石、阻燃剂、甲基硅油、增塑剂、抗氧剂加入开炼机中，110℃条件下继续混炼8min，然后加入剩余原料，50℃条件下继续混炼2min，薄通6次，出片；

（3）将步骤（2）得到的片料在平板硫化机上硫化成型，即得。

实施例6

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶48份、天然橡胶34份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物23份、硼纤维16份、纳米海泡石13份、阻燃剂8份、甲基硅油25份、增塑剂23份、抗氧剂1.4 份、双二五硫化剂3份，偶联剂6份和促进剂2份。

所述的阻燃剂为阻燃剂PDSPB。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

所述的抗氧剂为抗氧剂1076。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH560。

所述的促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

上述的耐高温橡胶密封垫的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物置于密炼机中80℃条件下混炼14min，得到混合胶料；

（（2）将步骤（1）混合胶料和硼纤维、纳米海泡石、阻燃剂、甲基硅油、增塑剂、抗氧剂加入开炼机中，100℃条件下继续混炼7min，然后加入剩余原料，40℃条件下继续混炼2min，薄通7次，出片；

（3）将步骤（2）得到的片料在平板硫化机上硫化成型，即得。

实施例7

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶50份、天然橡胶36份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物24份、硼纤维18份、纳米海泡石14份、阻燃剂 9份、甲基硅油28份、增塑剂24份、抗氧剂1.4份、双二五硫化剂4份，偶联剂7份和促进剂2.5份。

所述的阻燃剂为阻燃剂PDSPB。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二异辛酯。

所述的抗氧剂为抗氧剂BHT。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH570。

所述的促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

上述的耐高温橡胶密封垫的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物置于密炼机中60℃条件下混炼13min，得到混合胶料；

（2）将步骤（1）混合胶料和硼纤维、纳米海泡石、阻燃剂、甲基硅油、增塑剂、抗氧剂加入开炼机中，120℃条件下继续混炼5min，然后加入剩余原料，60℃条件下继续混炼1min，薄通8次，出片；

（3）将步骤（2）得到的片料在平板硫化机上硫化成型，即得。

实施例8

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶50份、天然橡胶40份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物25份、硼纤维20份、纳米海泡石15份、阻燃剂 10份、甲基硅油30份、增塑剂25份、抗氧剂1.5 份、双二五硫化剂5份，偶联剂8份和促进剂3份。

所述的阻燃剂为阻燃剂PDSPB。

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

所述的抗氧剂为抗氧剂168。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH560。

所述的促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯。

上述的耐高温橡胶密封垫的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物置于密炼机中65℃条件下混炼12min，得到混合胶料；

（2）将步骤（1）混合胶料和硼纤维、纳米海泡石、阻燃剂、甲基硅油、增塑剂、抗氧剂加入开炼机中，100℃条件下继续混炼9min，然后加入剩余原料，50℃条件下继续混炼3min，薄通6次，出片；

（3）将步骤（2）得到的片料在平板硫化机上硫化成型，即得。

对比实施例1

本实施例耐高温橡胶密封垫与实施例4基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：将丙烯酸酯橡胶替换为丁腈橡胶，即：

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丁腈橡胶45份、天然橡胶30份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物20份、硼纤维15份、纳米海泡石12份、阻燃剂7份、甲基硅油22份、增塑剂18份、抗氧剂1.2份、双二五硫化剂3份，偶联剂5份和促进剂1.5份。

对比实施例2

本实施例耐高温橡胶密封垫与实施例4基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：将天然橡胶替换为丁腈橡胶，即：

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶45份、丁腈橡胶30份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物20份、硼纤维15份、纳米海泡石12份、阻燃剂7份、甲基硅油22份、增塑剂18份、抗氧剂1.2份、双二五硫化剂3份，偶联剂5份和促进剂1.5份。

对比实施例3

本实施例耐高温橡胶密封垫与实施例4基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：将四氟乙烯-六氟丙烯共聚物替换为氯丁橡胶，即：

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶45份、天然橡胶30份、氯丁橡胶20份、硼纤维15份、纳米海泡石12份、阻燃剂7份、甲基硅油22份、增塑剂18份、抗氧剂1.2份、双二五硫化剂3份，偶联剂5份和促进剂1.5份。

对比实施例4

本实施例耐高温橡胶密封垫与实施例4基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：

一种耐高温橡胶密封垫，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶30份、天然橡胶45份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物20份、硼纤维15份、纳米海泡石12份、阻燃剂7份、甲基硅油22份、增塑剂18份、抗氧剂1.2份、双二五硫化剂3份，偶联剂5份和促进剂1.5份。

根据标准《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法 第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》（GB/T 531.1-2008）、《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》（GB/T528-2009），《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》（GB/T 3512-2014）、《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》（GB/T1690-2006）和《衬垫材料的可压缩性和复原性的标准试验方法》（ASTMF36-2015），将本发明实施例1-8以及对比实施例1-4制备的耐高温橡胶密封垫进行性能测试，检测结果见下表1。

表1 本发明耐高温橡胶密封垫的性能检测结果

由表1可知，当对比实施例1将丙烯酸酯橡胶替换为丁腈橡胶，对比实施例2将天然橡胶替换为丁腈橡胶，对比实施例3将四氟乙烯-六氟丙烯共聚物替换为氯丁橡胶，对比实施例4将丙烯酸酯橡胶用量减少，天然橡胶用量增加，所得到的密封垫性能显著下降，尤其是对比实施例3。

本发明实施例1-8制备的耐高温橡胶密封垫邵氏硬度为65-68A，硬度合适；拉伸强度≥23.5MPa，密封垫强度高，150℃×168h热空气老化条件下，拉伸强度下降率≤5.5%，120℃×72h IBM903标准油浸泡条件下，拉伸强度下降率≤3.6%，耐油和耐高温性能优异；压缩率≤12.5%，回弹性≥75%，不易被压缩，回弹性好。

Claims (1)

1.一种耐高温橡胶密封垫，其特征在于，由如下重量份数的原料制备而成：

丙烯酸酯橡胶45份、天然橡胶30份、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物20份、硼纤维15份、纳米海泡石12份、阻燃剂7份、甲基硅油22份、增塑剂18份、抗氧剂1.2份、双二五硫化剂3份，偶联剂5份和促进剂1.5份；

所述的阻燃剂为阻燃剂PDSPB；

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；

所述的抗氧剂为抗氧剂CA；

所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550；

所述的促进剂为三烯丙基异氰脲酸酯；

上述的耐高温橡胶密封垫的制备方法，包括以下步骤：

（1）将丙烯酸酯橡胶、天然橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物置于密炼机中70℃条件下混炼12min，得到混合胶料；

（2）将步骤（1）混合胶料和硼纤维、纳米海泡石、阻燃剂、甲基硅油、增塑剂、抗氧剂加入开炼机中，100℃条件下继续混炼6min，然后加入剩余原料，50℃条件下继续混炼2min，薄通6次，出片；

（3）将步骤（2）得到的片料在平板硫化机上硫化成型，即得。