CN110951261B - 一种各向异性橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种各向异性橡胶材料及其制备方法,包括以下重量份组分组成:生胶100份,白炭黑5‑30份,羟基硅油1‑5份,硅微粉2‑10份,短纤维5‑50份,硅烷偶联剂1‑5份,稀释剂2‑8份,交联剂0.5‑5份。本发明通过短纤维延挤出密封条轴向取向,使挤出橡胶材料具有各向异性,在橡胶条轴向上防拉伸变形,在其垂直方向上保持橡胶材料的高弹性,可有效解决普通橡胶密封条在装配过程中出现的拉伸问题。同时相对于含有连续骨架材料挤出橡胶条具有生产工艺简单,挤出连续性好等特点。
Description
技术领域
本发明属于橡胶材料技术领域,具体涉及一种各向异性橡胶材料及其制备方法。
背景技术
通常橡胶密封条由于材料自身特性,在装配过程中易被拉伸,导致密封条截面尺寸发生变化,影响其水汽密封性能。对于兼具电磁屏蔽特性的复合挤出密封条来说,导电侧随橡胶侧发生拉伸变形,会使导电填料间的导电网络破坏,会使导电侧电阻升高,屏蔽密封条整体屏蔽效能降低。目前已有在密封条成型过程引入一根连续的骨架材料来防止密封条的拉伸变形,但制造工艺复杂,密封条生产连续性差。因此需要一种特殊的橡胶材料具有各向异性,使橡胶材料在特定方向上可以防拉伸变形,在垂直方向上保持橡胶材料的高弹性。
发明内容
针对现有技术中村在的问题,本发明设计的目的在于提供一种各向异性橡胶材料及其制备方法的技术方案。以解决现有橡胶密封条发生拉伸变形,影响水汽密封、屏蔽效果的问题。
本发明通过以下技术方案加以实现:
所述的一种各向异性橡胶材料,其特征在于包括以下重量份的组分:生胶100份,白炭黑5-30份,羟基硅油1-5份,硅微粉2-10份,短纤维5-50份,硅烷偶联剂1-5份,稀释剂2-8份,交联剂0.5-5份。
所述生胶为硅橡胶,氟橡胶,三元乙丙橡胶的任一种或两种及以上的混合物。
所述白炭黑为气相法白炭黑,沉淀法白炭黑中的任一种或两者的混合物。
所述硅微粉为片状硅微粉或纤维状硅微粉中的一种或两种的混合物。
所述短纤维为纳米短纤维、微米短纤维中的一种或两种及以上的混合物。
所述纳米短纤维直径为10-100nm,长径比为10-200,包括聚苯胺纳米纤维、尼龙纳米纤维、芳纶纳米纤维、硅酸盐纳米纤维;所述微米短纤维直径为1-15μm,长径比为10-200,包括玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、聚酯纤维。
所述硅烷偶联剂含有环氧基或氨基基团,包括3-(3,4-环氧环己基)乙基三烷氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种及以上的混合物。
所述稀释剂为链烷烃、环烷烃、芳香烃中的一种或两种及以上的混合物,闪点60℃~100℃。
所述交联剂为过氧化物硫化剂,铂金体系硫化剂中的一种或两者的混合物;其中过氧化物交联剂包括2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷DBPMH、过氧化二异丙苯DCP、过氧化二异丁基DTBP、过氧化苯甲酰BP、2,4-二氯过氧化苯甲酰DCBP;其中铂金硫化体系由含氢硅油、铂金催化剂、铂金抑制剂三种成分组成。
一种各向异性橡胶材料的制备方法,其特征在于包括以下工艺步骤:
1)短纤维表面处理:将硅烷偶联剂与纯净水按一定比例混合,充分搅拌至硅烷偶联剂水解完全,加入短纤维材料,搅拌、静置后,放入120℃烘箱中进行烘干处理4h;烘干完成后,进行冷却,将冷却后的短纤维材料放入超声分散器中进行超声分散处理,分散完成后,待用;
2)将生胶放入捏合机内,在20℃-30℃温度下塑炼10min,随后加入白炭黑、羟基硅油,在100℃-120℃温度下混炼50-70min,待白炭黑完全被胶料吃入后,加入硅微粉、处理后的短纤维材料,于40℃-60℃温度下混炼20-40min,待两种材料完全吃入后,在40℃-60℃温度、真空度0.08MPa条件下混炼10-20min,使填料充分分散,排除胶料中的气泡,冷却后制得母炼胶;
3)将步骤2)制得的母炼胶在开炼机上塑炼3-5min后,加入稀释剂、交联剂混炼5min,随后对胶料进行8-10次薄通分散,最后将胶料在开炼机上压延成10mm~15mm厚度,制得终炼胶,待用;
4)短纤维填充橡胶的取向与成型:将终炼胶加入精密液压挤出机,挤出机出料口连接一个取向成型一体化口模,短纤维通过取向孔后延口模轴向排列,通过成型口模后进入150℃~300℃的硫化烘道进行硫化,取向、成型、硫化后制得连续的橡胶条;
5)将步骤4)的橡胶条放入烘箱中进行二次硫化,烘箱温度150~200℃、烘烤时间2~4h;
所述一体化口模安装在液压挤出机的出料口,包括取向壳体、成型口模和硫化定型模块,取向壳体与精密液压挤出机通过法兰固定连接,取向壳体的后端与成型口模的后端螺纹连接,取向壳体的内通道上依次设置使纤维沿径向取向的一次取向通道和使纤维沿轴向取向的二次取向通道,取向壳体的后端与成型口模固定连接,硫化定型模块位于成型口模的后端;取向壳体的后端套设冷却套,冷却套与取向壳体之间具有冷却水流道;硫化定型模块包括位于成型口模后端的测径仪、位于测径仪后端的高温硫化烘道及设置于高温硫化烘道内的传送带;
所述一次取向通道横截面包括多个长条状孔或呈十字形孔,二次取向通道的横截面包括多个小孔;
所述取向壳体包括前后依次首尾固定连接的第一取向壳体、第二取向壳体和第三取向壳体,一次取向通道位于第二取向壳体的前端,二次取向通道位于三次取向壳体的前端;所述第三取向壳体的内通道为前大后小的锥形结构。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1)纤维取向越好,橡胶材料表现越优的各向异性;
2)橡胶材料在短纤维取向方向上可以防拉伸变形,在其垂直方向上仍保持橡胶材料的高弹性;
3)硅烷偶联剂改善短纤维与橡胶的粘接性,防止短纤维材料在拉伸过程中发生滑移而产生拉伸变形;
4)稀释剂降低胶料的粘度,使短纤维取向更容易,且稀释剂闪点低,在硫化过程中排出,对橡胶材料性能影响小。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明中的取向壳体与成型口模连接结构示意图;
图3为本发明中的一次取向通道横截面示意图;
图4为本发明中的二次取向通道横截面示意图;
图5为本发明中的成型口模横截面示意图;
图中:精密液压挤出机1、取向壳体2、第一取向壳体200、第二取向壳体201、第三取向壳体202、成型口模3、测径仪4、高温硫化烘道5、传送带6、一次取向通道7、二次取向通道8、冷却套9、冷却水流道10、橡胶条11。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例各向异性橡胶条及制备方法如下:
1)将氨丙基三乙氧基硅烷与纯净水按1:10进行混合,搅拌10min使偶联剂充分水解,加入与纯净水比例为1:1的玻璃纤维,其直径3μm左右,长径比100左右,搅拌10min、静置20min后,放入烘箱中进行烘干处理,烘干条件120℃、4h。烘干完成后,进行冷却,将冷却后的短纤维材料放入超声分散器中进行超声分散处理。分散完成后,待用;2)将100份甲基乙烯基硅橡胶(乙烯基摩尔份数0.15%)生胶放入捏合机内,在30℃温度下塑炼10min,随后加入15份气相法白炭黑(比表面积为200m2/g)、3份羟基硅油,在120℃温度下混炼60min后,加入2500目纤维状硅微粉5份、10份处理过玻璃纤维,5份处理过芳纶纳米纤维,再在50℃温度下混炼30min后,在50℃温度、真空度0.08MPa条件下混炼20min,使填料充分分散,排除胶料中的气泡,冷却后制得母炼胶;3)将母炼胶,在开炼机上塑炼3min后,加入5份链烷烃混合物稀释剂,闪点80℃、2,4-二氯过氧化苯甲酰(DCBP)混炼5min,随后对胶料进行10次薄通分散。最后将胶料在开炼机上压延成10mm厚度,制得终炼胶,待用;4)将终炼胶加入精密液压挤出机,挤出机出料口连接一个取向成型一体化口模,进行橡胶取向挤出成型,制得连续的橡胶条;5)将步骤4)的橡胶条放入烘箱中进行二次硫化,烘箱温度200℃、烘烤时间4h。
实施例2
本实施例各向异性橡胶条及制备方法如下:
1)将3-(3,4-环氧环己基)乙基三烷氧基硅烷与纯净水按1.5:10进行混合,搅拌10min使偶联剂充分水解,加入与纯净水1/2量芳纶纳米纤维,其直径60nm左右,长径比120左右,再加入纯净水1/2量的玻璃纤维, 其直径5μm左右,长径比150左右,搅拌15min、静置20min后,放入烘箱中进行烘干处理,烘干条件120℃、4h。烘干完成后,进行冷却,将冷却后的短纤维材料放入超声分散器中进行超声分散处理。分散完成后,待用;2)将100份甲基乙烯基硅橡胶(乙烯基摩尔份数0.15%)生胶放入捏合机内,在30℃温度下塑炼10min,随后加入10份气相法白炭黑(比表面积为200m2/g)、5份沉淀法白炭黑(比表面积为180m2/g)、3份羟基硅油,在120℃温度下混炼60min后,加入2500目纤维状硅微粉5份、12份处理过纤维混合物,在在60℃温度下混炼30min后,在60℃温度、真空度0.08MPa条件下混炼20min,使填料充分分散,排除胶料中的气泡,冷却后制得母炼胶;3)将母炼胶,在开炼机上塑炼3min后,加入5份环烷烃烷烃混合物稀释剂,闪点60℃、2,4-二氯过氧化苯甲酰(DCBP)混炼5min,随后对胶料进行10次薄通分散。最后将胶料在开炼机上压延成10mm厚度,制得终炼胶,待用;4)将终炼胶加入精密液压挤出机,挤出机出料口连接一个取向成型一体化口模,进行橡胶取向挤出成型,制得连续的橡胶条;5)将步骤四的橡胶条放入烘箱中进行二次硫化,烘箱温度180℃、烘烤时间2h。
对比例1
该对比例与实施例1相同的方式制备橡胶材料,所不同的是芳纶纳米纤维、玻璃纤维不用偶联剂进行预处理,直接将实施例1配方中等量的芳纶纳米纤维、玻璃纤维、偶联剂加入捏合机进行混炼。
对比例2
该对比例与实施例1相同的方式制备橡胶材料,所不同的是取消配方中的稀释剂。
上述实施例和对比例中,一体化口模的具体安装位置及结构见图1-5所示:
一体化口模安装在液压挤出机的出料口,包括取向壳体、成型口模和硫化定型模块,取向壳体与精密液压挤出机通过法兰固定连接,取向壳体的后端与成型口模的后端螺纹连接,取向壳体的内通道上依次设置使纤维沿径向取向的一次取向通道和使纤维沿轴向取向的二次取向通道,取向壳体的后端与成型口模固定连接,硫化定型模块位于成型口模的后端;取向壳体的后端套设冷却套,冷却套与取向壳体之间具有冷却水流道;硫化定型模块包括位于成型口模后端的测径仪、位于测径仪后端的高温硫化烘道及设置于高温硫化烘道内的传送带;
所述一次取向通道横截面包括多个长条状孔或呈十字形孔,二次取向通道的横截面包括多个小孔;
所述取向壳体包括前后依次首尾固定连接的第一取向壳体、第二取向壳体和第三取向壳体,一次取向通道位于第二取向壳体的前端,二次取向通道位于三次取向壳体的前端;所述第三取向壳体的内通道为前大后小的锥形结构。
对比例3
该对比例与实施例1相同的方式制备橡胶材料,所不同的是在取向成型过程中使用普通口模进行挤出成型,取消口模中的取向装置。
分别对实施例1、实施例2、对比例1、对比例2、对比例3制得的橡胶密封条进行测试,基于GB/T 528测试橡胶条的屈服强度、屈服伸长率,来判断橡胶条的防拉伸性能,测试结果如下表所示:
测试项目 | 屈服强度/MPa | 屈服点伸长率/% | 短纤维取向效果 |
实施例一 | 4.89 | 8.32 | 纤维延橡胶条轴向取向优良 |
实施例二 | 4.61 | 8.56 | 纤维延橡胶条轴向取向优良 |
对比例一 | 3.25 | 10.38 | 纤维延橡胶条轴向取向优良 |
对比例二 | 3.93 | 10.53 | 纤维延橡胶条轴向取向良好 |
对比例三 | 4.08 | 20.58 | 纤维延橡胶条轴向取向较差 |
Claims (6)
1.一种各向异性橡胶材料,其特征在于包括以下重量份的组分:生胶100份,白炭黑5-30份,羟基硅油1-5份,硅微粉2-10份,短纤维5-50份,硅烷偶联剂1-5份,稀释剂2-8份,交联剂0.5-5份;所述短纤维为纳米短纤维、微米短纤维中的一种或两种及以上的混合物;所述纳米短纤维直径为10-100nm,长径比为10-200,包括聚苯胺纳米纤维、尼龙纳米纤维、芳纶纳米纤维、硅酸盐纳米纤维;所述微米短纤维直径为1-15μm,长径比为10-200,包括玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、聚酯纤维;所述稀释剂为链烷烃、环烷烃、芳香烃中的一种或两种及以上的混合物,闪点60℃~100℃;
各向异性橡胶材料的制备方法,包括以下工艺步骤:
1)短纤维表面处理:将硅烷偶联剂与纯净水按一定比例混合,充分搅拌至硅烷偶联剂水解完全,加入短纤维材料,搅拌、静置后,放入120℃烘箱中进行烘干处理4h;烘干完成后,进行冷却,将冷却后的短纤维材料放入超声分散器中进行超声分散处理,分散完成后,待用;
2)将生胶放入捏合机内,在20℃-30℃温度下塑炼10min,随后加入白炭黑、羟基硅油,在100℃-120℃温度下混炼50-70min,待白炭黑完全被胶料吃入后,加入硅微粉、处理后的短纤维材料,于40℃-60℃温度下混炼20-40min,待两种材料完全吃入后,在40℃-60℃温度、真空度0.08MPa条件下混炼10-20min,使填料充分分散,排除胶料中的气泡,冷却后制得母炼胶;
3)将步骤2)制得的母炼胶在开炼机上塑炼3-5min后,加入稀释剂、交联剂混炼5min,随后对胶料进行8-10次薄通分散,最后将胶料在开炼机上压延成10mm~15mm厚度,制得终炼胶,待用;
4)短纤维填充橡胶的取向与成型:将终炼胶加入精密液压挤出机,挤出机出料口连接一个取向成型一体化口模,短纤维通过取向孔后延口模轴向排列,通过成型口模后进入150℃~300℃的硫化烘道进行硫化,取向、成型、硫化后制得连续的橡胶条;
5)将步骤4)的橡胶条放入烘箱中进行二次硫化,烘箱温度150~200℃、烘烤时间2~4h;
所述一体化口模安装在液压挤出机(1)的出料口,包括取向壳体(2)、成型口模(3)和硫化定型模块,取向壳体(2)与精密液压挤出机(1)通过法兰固定连接,取向壳体(2)的后端与成型口模(3)的后端螺纹连接,取向壳体(1)的内通道上依次设置使纤维沿径向取向的一次取向通道(7)和使纤维沿轴向取向的二次取向通道(8),取向壳体(2)的后端与成型口模(3)固定连接,硫化定型模块位于成型口模(3)的后端;取向壳体(2)的后端套设冷却套(9),冷却套(9)与取向壳体(2)之间具有冷却水流道(10);硫化定型模块包括位于成型口模(3)后端的测径仪(4)、位于测径仪(4)后端的高温硫化烘道(5)及设置于高温硫化烘道(5)内的传送带(6);
所述一次取向通道(7)横截面包括多个长条状孔或呈十字形孔,二次取向通道(8)的横截面包括多个小孔;
所述取向壳体(2)包括前后依次首尾固定连接的第一取向壳体(200)、第二取向壳体(201)和第三取向壳体(202),一次取向通道(7)位于第二取向壳体(201)的前端,二次取向通道(8)位于第三取向壳体(202)的前端;所述第三取向壳体(202)的内通道为前大后小的锥形结构。
2.如权利要求1所述的一种各向异性橡胶材料,其特征在于所述生胶为硅橡胶,氟橡胶,三元乙丙橡胶的任一种或两种及以上的混合物。
3.如权利要求1所述的一种各向异性橡胶材料,其特征在于所述白炭黑为气相法白炭黑,沉淀法白炭黑中的任一种或两者的混合物。
4.如权利要求1所述的一种各向异性橡胶材料,其特征在于所述硅微粉为片状硅微粉或纤维状硅微粉中的一种或两种的混合物。
5.如权利要求1所述的一种各向异性橡胶材料,其特征在于所述硅烷偶联剂含有环氧基或氨基基团,包括3-(3,4-环氧环己基)乙基三烷氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种及以上的混合物。
6.如权利要求1所述的一种各向异性橡胶材料,其特征在于所述交联剂为过氧化物硫化剂,铂金体系硫化剂中的一种或两者的混合物;其中过氧化物交联剂包括2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷DBPMH、过氧化二异丙苯DCP、过氧化二异丁基DTBP、过氧化苯甲酰BP、2,4-二氯过氧化苯甲酰DCBP;其中铂金硫化体系由含氢硅油、铂金催化剂、铂金抑制剂三种成分组成。
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