CN111171404A - 一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈，包括如下重量份数的组分：丁腈橡胶：100份、炭黑：20~40份、氧化锌：3~5份、硬脂酸：1~2份、促进剂：0.5~1份、蒙脱土：5~10份、防老剂：5~10份、硫化剂：1~2份、阻燃剂：5~20份；所述制备方法包括原料的准备、混炼和硫化。本发明无卤阻燃丁腈橡胶密封圈中添加了炭黑N990和炉法炭黑作为复配的补强剂，添加了硅烷偶联剂改性的蒙脱土，提高了密封圈的气体阻隔性；采用有机阻燃剂与无机阻燃剂并用，产生了较好的协同效应，增强了阻燃效果；制备方法简单，通过混炼和硫化，可以促进丁腈橡胶内部分子链的交联，提高交联密度，赋予密封圈良好的弹性、密封性，并使密封圈获得一定的机械强度。

Description

一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈
技术领域
本发明涉及密封圈技术领域，尤其是一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈。
背景技术
密封圈是生活生产中十分常见的零件，作为密封材料的密封圈除了要求富有弹性、回弹性外，还要具备适当的机械强度，如扩张强度、伸长率和抗撕裂强度；而且还要易加工成型，并保持精密尺寸。密封圈大多采用橡胶材料制成，因此橡胶材料的对密封圈的性能和使用寿命有着重要的意义。
现有的密封圈在使用中存在一些问题，如现有的密封圈机械强度不够，在使用过程中，在较长时间的力的作用下容易变形或裂开，给使用带来不便；而且现有的密封圈在气密性一般，在对气密性要求的高的领域，常常受到限制。另外，橡胶材料的主要组成元素是碳和氢，极易燃烧，在燃烧时，产生浓烟和有毒气体，对环境造成危害，对人们的生命及财产安全也形成了巨大的威胁。近年来，火灾频繁发生，世界各国都在寻求各种解决方法，以减少火灾的发生以及降低火灾造成的损失。目前，减少火灾及其带来危害最为合理有效的方法是对可燃的高分子材料进行阻燃处理。作为应用广泛的密封圈，为了使用的安全性，需要对其进行阻燃处理。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的缺陷，本发明提供一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈，所述无卤阻燃丁腈橡胶密封圈包括如下重量份数的组分：
丁腈橡胶：100份
炭黑：20~40份
氧化锌：3~5份
硬脂酸：1~2份
促进剂：0.5~1份
蒙脱土：5~10份
防老剂：5~10份
硫化剂：1~2份
阻燃剂：5~20份；
炭黑的基本结构为球状初级粒子组成的葡萄串状聚集体，初级粒子表面为层状类石墨微晶，内部是无定形碳，炭黑原生粒子之间是通过碳晶层互相穿插而结合的，所以聚集体难以被普通机械力破坏成初级颗粒。炭黑具有比较高的比表面积，而且表面能比较高，所以炭黑聚集体之间能够以范德华力结合成次级结构。本发明丁腈橡胶密封圈中采用炭黑N990与炉法炭黑复配的方式，加入到丁腈橡胶中，可以提高丁腈橡胶的力学性能。
蒙脱土为片层状结构，具有非常大的比表面积，刚性的蒙脱土粒子均匀分散在相对柔软的聚合物基体中，使得附着在蒙脱土片层表面区域的聚合物变得比基体中的聚合物坚硬，可以提高复合材料的机械性能；层状硅酸盐以纳米尺度分散在聚合物基体中，使聚合物获得优异的耐燃烧性能，主要是片层具有阻隔作用可以减弱氧气向材料的内部扩散，使得燃烧反应难以进行；另外，蒙脱土片层可以在未完全燃烧的聚合物表面形成碳化层，碳化层能够阻隔气体和热量进入材料内部，从而减缓和阻碍燃烧的进行。
作为优选，所述炭黑为炭黑N990和炉法炭黑的混合物，其中炭黑N990与炉法炭黑的质量比为2:1；炭黑N990粒径大，结构度低，单个粒子或者数个粒子组成一个聚集体，对橡胶的补强能力弱，但填充量大，对橡胶的弹性和曲挠性有显著的提高，炉法炭黑的碳含量较低，活性较高，表面含有一定量羧基、酚基、酸酐基、内酯基、醌基等基团，补强能力强，与橡胶之间的相互作用较强。
作为优选，所述促进剂为促进剂DM。
作为优选，所述蒙脱土为用硅烷偶联剂KH560改性而成。蒙脱土表面呈现亲水性，与有机聚合物基体间的相容性差，在聚合物基体中很难实现高度分散，通过使用硅烷偶联剂改性，蒙脱土边缘和表面的羟基与硅烷偶联剂水解后的硅羟基进行缩合反应，使偶联剂以共价键形式连接在蒙脱土表面。同时硅烷偶联剂的另一端的基团，可以与橡胶基体分子链形成化学键，即在蒙脱土和橡胶分子之间形成一个共价界面，提高橡胶基体与蒙脱土的相互作用。
作为优选，所述的防老剂为防老剂D、防老剂4020、防老剂AW按质量比0.5:3:1.5的混合物。防老剂4020在橡胶中的分散性好，对橡胶有软化作用，耐水和溶剂的抽提，与防老剂D、防老剂AW并用，能显著提高橡胶的抗臭氧老化、抗热氧老化和抗疲劳老化的能力。
作为优选，所述的硫化剂为硫磺。
作为优选，所述的阻燃剂为氢氧化铝、磷酸三辛酯、钼酸锌、陶土按质量比1~1.5:2~3:1~1.5:0.5~1的混合物。氢氧化铝和钼酸锌属于无机阻燃剂，氢氧化铝的吸热效应大，可以减少燃烧过程中CO的生成量，起消烟剂作用，而钼酸锌能在较低温度下熔融，释放出水并生成玻璃状覆盖层，在燃烧过程中起隔绝、吸热及稀释效应；磷酸三辛酯属于磷系有机阻燃剂，在燃烧时生成磷酸非燃性液态膜，起到覆盖效应，同时磷酸进一步脱水生成偏磷酸，偏磷酸又可以进一步缩合生成聚偏磷酸，使高聚物脱水而炭化，改变了高聚物燃烧过程的模式，在其表面生成炭膜，隔绝空气，阻止可燃性气体的产生，发挥较好的阻燃效果；陶土主要起到发烟抑制剂的作用；有机阻燃剂和无机阻燃剂并用，能产生较好的协同效应，增强阻燃效果。
本发明还提供了一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈的制备方法，所述制备方法包括原料的准备、混炼和硫化；混炼时原料的加入顺序为：丁腈橡胶、硬脂酸、炭黑、蒙脱土、氧化锌、促进剂、阻燃剂、防老剂、硫化剂；混炼时采用双辊筒开炼机进行混炼，混炼温度为室温，混炼时辊距为0.8mm，辊速为15r/min~40r/min，混炼时间为10min~30min，混炼后得到混炼胶。
上述的一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈的制备方法，所述的混炼胶需要在室温下停放24h~36h。
上述的一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈的制备方法，所述硫化的温度为150℃~175℃，硫化时间为10min~35min，硫化压力为10MPa。
与现有技术相比本发明具有以下优点和突出性效果：
1.本发明无卤阻燃丁腈橡胶密封圈中添加了炭黑N990和炉法炭黑作为复配的补强剂，添加了硅烷偶联剂改性的蒙脱土，提高了密封圈的气体阻隔性；采用多种防老剂并用，提高了密封圈抗臭氧老化、抗热氧老化和抗疲劳老化的能力；采用有机阻燃剂与无机阻燃剂并用，产生了较好的协同效应，增强了阻燃效果。
2.本发明密封圈的制备方法简单，通过双辊开炼机混炼将丁腈橡胶与小料混合均匀，通过硫化工艺处理，可以促进丁腈橡胶内部分子链的交联，提高交联密度，赋予密封圈良好的弹性、密封性，并使密封圈获得一定的机械强度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明实施例1、实施例2、实施例3的TG曲线图；
图2为实施例3密封圈的TEM图片。
图中1.下炉体，2.集气箱，3.玻璃输入口，4.集气箱进气口，5.上炉体，6.第一管道，7.第二管道，8.风机，9.电加热元件，10.玻璃输出口，11.待加热玻璃，12.玻璃输送辊道，13.高温气体喷出孔，14.废气回收孔，15.喷流板，16.废气回收管道，17.第一螺杆，18.第一蜗轮蜗杆操纵机构。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作详细说明。
表1：实施例中丁腈橡胶密封圈的配方
Figure DEST_PATH_IMAGE002
【实施例1】
按上表中实施例1所述的原料称取原料，按丁腈橡胶、硬脂酸、炭黑、蒙脱土、氧化锌、促进剂、阻燃剂、防老剂、硫化剂的顺序加料；
混炼时采用双辊筒开炼机进行混炼，混炼温度为室温，混炼时辊距为0.8mm，辊速为20r/min，混炼时间为20min，混炼后得到混炼胶。
所述的混炼胶需要在室温下停放24h。
所述硫化的温度为160℃，硫化时间为35min，硫化压力为10MPa。
【实施例2】
与实施例1的区别仅在于，本实施例的配方中，未添加阻燃剂，其它工艺条件相同。
【实施例3】
与实施例1的区别仅在于，本实施例的配方中，添加阻燃剂的量减半，其它工艺条件相同。
【实施例4】
与实施例3的区别仅在于，本实施例的配方中，未添加蒙脱土，其它工艺条件相同。
【对比例】
为现有技术中普通市售的密封圈。
表2：实施例1~4及对比例中密封圈的性能测试
Figure DEST_PATH_IMAGE004
综上所述：通过实施例和对比例可知，本发明无卤阻燃丁腈橡胶密封圈的配方合理，方便加工，制得的密封圈具有较好的机械强度、阻燃性、抗挤压下和耐热性。由实施例1与实施例2，实施例1与实施例3，实施例1与对比例可知，通过添加了阻燃剂，增大了极限氧指数LOI，即提高了密封圈燃烧时所需的最低氧浓度，并且还使丁腈橡胶的热分解温度提高了，说明增强了阻燃性能；通过实施例3与实施例4，实施例3与对比例可知，本发明中添加的改性蒙脱土增强丁腈橡胶密封圈的密封效果显著。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈，其特征在于：所述无卤阻燃丁腈橡胶密封圈包括如下重量份数的组分：
丁腈橡胶：100份
炭黑：20~40份
氧化锌：3~5份
硬脂酸：1~2份
促进剂：0.5~1份
蒙脱土：5~10份
防老剂：5~10份
硫化剂：1~2份
阻燃剂：5~20份；
所述炭黑为炭黑N990和炉法炭黑的混合物，其中炭黑N990与炉法炭黑的质量比为2:1，所述促进剂为促进剂DM，所述的蒙脱土为用硅烷偶联剂KH560改性而成，所述的防老剂为防老剂D、防老剂4020、防老剂AW按质量比0.5:3:1.5的混合物，所述的硫化剂为硫磺，所述的阻燃剂为氢氧化铝、磷酸三辛酯、钼酸锌、陶土按质量比1~1.5:2~3:1~1.5:0.5~1的混合物。
2.如权利要求1所述的一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括原料的准备、混炼和硫化；混炼时原料的加入顺序为：丁腈橡胶、硬脂酸、炭黑、蒙脱土、氧化锌、促进剂、阻燃剂、防老剂、硫化剂；混炼时采用双辊筒开炼机进行混炼，混炼温度为室温，混炼时辊距为0.8mm，辊速为15r/min~40r/min，混炼时间为10min~30min，混炼后得到混炼胶。
3.根据权利要求2所述的一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈的制备方法，其特征在于，所述的混炼胶需要在室温下停放24h~36h。
4.根据权利要求2所述的一种无卤阻燃丁腈橡胶密封圈的制备方法，其特征在于，所述硫化的温度为150℃~175℃，硫化时间为10min~35min，硫化压力为10MPa。
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