CN111548570A - 一种高性能乙丙橡胶密封垫片及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能乙丙橡胶密封垫片及其制备方法和应用。其制备原料以三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶作为主要橡胶材料，两者配合使用，可以降低制备原料的门尼粘度，添加的聚四氟乙烯微粉具有良好的耐介质性能，而添加的其他助剂可延长产品的耐老化耐氧化等方面的使用性能，使用上述的制备原料在制备高性能乙丙橡胶密封垫片的过程中，使混炼物料在挤出成型的过程中，产品的尺寸基本不受挤出条件如温度和速度的影响，橡胶的膨胀率变化小，具有出型容易，出型半成品表面光滑而且粗细均匀的特点。本胶料制备的密封垫片在耐介质和耐高温性能也得到相应提高。

Description

一种高性能乙丙橡胶密封垫片及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及乙丙橡胶密封垫片技术领域，具体而言，涉及一种高性能乙丙橡胶密封垫片及其制备方法和应用。
背景技术
对于模压产品的橡胶密封垫片都要通过混炼、出型、模压硫化等操作过程制备，混炼过程就是橡胶和所有填充料的物理混合过程。模压硫化是半成品胶料的化学反应过程。出型过程是将混料胶料通过挤出机挤出成想要的直条形状的过程，以备后续硫化。而出型半成品胶条尺寸的大小和均匀性直接影响后期模压硫化密封胶垫的余胶量大小。
余胶量＝(胶垫毛重－胶垫净重)/胶垫毛重×100％
在挤出时根据密封胶垫横截面积和胶料挤出膨胀率选择合适的挤出机头。一般将模压的余胶量控制在10％－15％之间，这样既可以使胶垫硫化有足够压力而变的密实，也不至于半成品混炼胶有过多的浪费。
在混炼胶挤出过程中挤出的橡胶都会相应膨胀，膨胀率越大受外界影响越大，挤出的半成品胶条粗细越不均匀。导致后续模压硫化时余胶边有大有小，甚至因有些地方缺胶而导致密封垫片疏松，影响密封效果。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高性能乙丙橡胶密封垫片及其制备方法和应用。
本发明是这样实现的：
本发明实施例提供一种高性能乙丙橡胶密封垫片，按照重量份数计，该高性能乙丙橡胶密封垫片主要由以下组分制成：
三元乙丙橡胶70－90份、
液体乙丙橡胶10－30份、
炭黑70－120份、
聚四氟乙烯微粉3－20份、
氧化锌3－10份、
硫化剂3－8份、
助交联剂0.6－3份，以及
防老剂0.5－3份。
本发明实施例还提供一种上述高性能乙丙橡胶密封垫片的制备方法，采用上述的组分制得高性能乙丙橡胶密封垫片。
本发明实施例还提供一种上述高性能乙丙橡胶密封垫片在板式换热器中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种高性能乙丙橡胶密封垫片及其制备方法和应用。高性能乙丙橡胶密封垫片的制备原料以三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶作为主要的橡胶材料，还增加了聚四氟乙烯和其他的助剂。将三元乙丙橡胶和液体乙丙橡胶的配合使用，可以降低橡胶材料的门尼粘度，同时三元乙丙橡胶中较低的第三单体含量，可赋予产品乙丙橡胶密封垫片耐高温的性能，而聚四氟乙烯微粉可以提高产品的耐介质性能。利用以上制备原料在挤出成型过程中，由于混炼物料的门尼粘度低，使乙丙橡胶半成品混炼胶挤出膨胀率小，尺寸更加均匀，在模压硫化过程中余胶边容易控制，减少了材料浪费，而且产品的耐介质和耐高温老化性能均得到提高。可望在板式换热器中得到广泛的应用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一方面，本发明实施例提供一种高性能乙丙橡胶密封垫片，按照重量份数计，高性能乙丙橡胶密封垫片主要由以下组分制成：
三元乙丙橡胶70－90份、
液体乙丙橡胶10－30份、
炭黑70－120份、
聚四氟乙烯微粉3－20份、
氧化锌3－10份、
硫化剂3－8份、
助交联剂0.6－3份，以及
防老剂0.5－3份。
本发明实施例提供一种高性能乙丙橡胶密封垫片，其制备原料主要由三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶、聚四氟乙烯微粉，以及其他助剂如炭黑、氧化锌、硫化剂、助交联剂和防老剂等组成。上述的制备原料中以三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶作为主要的橡胶材料，三元乙丙橡胶(EPDM)是乙烯、丙烯以及引入少量的非共轭二烯为硫化点单体的三元无规共聚物，是低不饱和的非极性橡胶。液体乙丙橡胶(LEPDM)是一种低分子量、液体状的乙烯－丙烯二元共聚物或乙烯－丙烯－二烯三元共聚物，具有较低的门尼粘度。
通常，三元乙丙橡胶中的含有较低的第三单体含量，可以赋予制备的产品良好的耐温性能，但三元乙丙橡胶也具有较高的门尼粘度，使其不容易与其他物料混炼均匀，而液体乙丙橡胶中不含有第三单体，不含有双键，且门尼粘度值较低，使其在混炼和出型的过程中具有良好的操作性。因此，将三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶作为主要的橡胶材料配合使用，两者可以互补使得混炼胶料门尼粘度低，在挤出成型的过程中，产品的尺寸不受挤出条件如温度和速度的影响，出型半成品胶条膨胀率小、尺寸均匀，生产中大大节约了半成品胶料，而聚四氟乙烯微粉具有良好的耐介质性能，在制备原料中加入聚四氟乙烯微粉，使得产品具有良好的耐介质性能，由此，制备得到的乙丙橡胶密封垫片的耐介质和耐高温老化性均能得到提高。
在可选的实施方式中，三元乙丙橡胶选自门尼粘度为35－85MU，乙烯含量为45－75％，第三单体含量为1.0－6％的三元乙丙橡胶，优选的，所采用的三元乙丙橡胶为阿朗新科的三元乙丙橡胶K4260C。
在可选的实施方式中，液体乙丙橡胶选自门尼粘度在ML(1+4)100℃条件下低于10MU的液体乙丙橡胶，优选的，所采用的液体乙丙橡胶为阿朗新科的液体乙丙橡胶K0500R。
在可选的实施方式中，炭黑选自炭黑N330、N550、N660、N774、N990以及喷雾炭黑中的至少一种，优选的，所采用的炭黑为炭黑N762。在制备原料中适当使用炭黑，能够增强胶料的弹性和加工效果，并且不同的炭黑协同配合，还可以共同起到对胶料的补强效果。
在可选的实施方式中，硫化剂选自硫化剂DCP、BIPB以及DBPH中的至少一种，优选的，所采用的硫化剂为硫化剂DHBP－45。在制备原料中适当使用硫化剂，可促进橡胶分子链交联形成立体网状结构，提高硫化速度，缩短硫化时间。
在可选的实施方式中，助交联剂选自助交联剂TAIC、HVA－2、VP－4以及TMPTMA中的至少一种，优选的，所采用的助交联剂为助交联剂TAIC。在制备原料中适当使用助交联剂，促进或者催化硫化剂硫化，加快硫化速度。
在可选的实施方式中，防老剂选自防老剂445、MMBI－70、ODA以及NBC中的至少一种，优选的，所采用的防老剂为防老剂445。当橡胶垫片被暴露在有害的热、氧等环境中就会发生老化，因此需要加入一些有效的防老剂，以延长橡胶垫片的寿命。防老剂445，化学名称为4，4－双(二甲基苄基)二苯胺，二苯胺取代衍生物在热老化过程中不会变色，对于防止紫外线引起变色效果显著。
以上本发明实施例提供的高性能乙丙橡胶密封垫片，该高性能乙丙橡胶密封垫片的制备原料主要由三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶、聚四氟乙烯微粉，以及其他助剂如炭黑、氧化锌、硫化剂、助交联剂和防老剂等组成。“主要由……制成”，意指其除组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予高性能乙丙橡胶密封垫片不同的特性。例如，高性能乙丙橡胶密封垫片还可以包括增粘剂和抗氧剂等。除此之外，本发明“主要由……制成”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……制成”。
第二方面，本发明实施例提供一种高性能乙丙橡胶密封垫片的制备方法，采用上述的组分进行制备。
在可选的实施方式中，高性能乙丙橡胶密封垫片的制备方法，包括以下步骤：
按比例将三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶和聚四氟乙烯微粉混合进行塑炼，得到塑炼物料；
将塑炼物料与硫化剂和助交联剂混合进行一次混炼后，再与氧化锌、炭黑和防老剂混合进行二次混炼，得到混炼物料；
将混炼物料进行挤出成型和硫化处理，制得高性能乙丙橡胶密封垫片。
在可选的实施方式中，混炼物料的制备步骤如下：将塑炼物料与硫化剂和助交联剂在80－120℃下混合进行一次捏炼，再与氧化锌、炭黑和防老剂在80－120℃下混合进行二次捏炼，得到混炼物料。
在可选的实施方式中，混炼物料的挤出成型步骤如下：
将所述混炼物料加热至50－90℃，在500－700转/min下挤出、裁切，作为硫化的半成品。
在可选的实施方式中，混炼物料的硫化处理为连续的三次硫化；
优选的，三次硫化包括：将挤出成型的硫化的半成品在温度175－190℃，时间3－8min，压力8－15MPa进行一次硫化；然后于常压下，在温度140－170℃，时间2－8h，进行二次硫化；再在温度140－170℃，时间0.5－3h，进行三次硫化。
在可选的实施方式中，高性能乙丙橡胶密封垫片的制备方法包括以下步骤：
塑炼：按比例将三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶和聚四氟乙烯微粉混合，进行塑炼3－10次，得到塑炼物料；
混炼：将所述的塑炼物料与硫化剂和助交联剂混合，在80－120℃下进行一次捏炼，再与氧化锌、炭黑和防老剂混合，在80－120℃下进行二次捏炼，得到混炼物料；
挤出成型：将所述混炼物料加热至50－90℃，在500－700转/min下挤出、裁切，作为硫化的半成品；
硫化处理：将所述硫化的半成品在温度175－190℃，时间3－8min，压力8－15MPa进行一次硫化；然后于常压下，在温度140－170℃，时间2－8h，进行二次硫化；再在温度140－170℃，时间0.5－3h，进行三次硫化。
可见，本发明实施例提供一种高性能乙丙橡胶密封垫片的制备方法，具体制备步骤如下：
塑炼：开炼机辊距调整为2mm，将称量好的原胶K4260C、K0500R和聚四氟乙烯微粉加入开炼机进行塑炼3－10次，每次打三角包。
混炼：将上述塑炼好的塑炼胶料，硫化剂DHBP－45，助交联剂TAIC加入橡胶捏炼机在80－120℃下捏炼，让能够起化学反应的原材料先预混到一起。然后再加入其他材料在80－120℃下一起捏炼，使得原胶和硫化剂、硫化助剂能够充分接触，提高硫化剂利用率，提高硫化效率。
出型：将上述混炼胶首先在开炼机上热炼，温度达到50－90℃，割片成90×10mm尺寸。热喂料挤出机转速设为500－700转/min，将上述热炼后的混炼胶喂入挤出机，选择合适的机头挤出，裁切成需要的长度，作为硫化的半成品。
硫化：一次硫化，在硫化机上采用175－190℃×180－480s×8－15MPa的硫化条件将上述半成品模压硫化。二次硫化，将模压硫化的胶条放进烘箱，关闭烘箱通风机和排气孔，在140－170℃×2－8h下进行二次硫化，主要目的是让硫化反应充分，胶垫达到最优性能，在密闭环境中减少了由于氧气氧化而破坏橡胶交联键。三次硫化，在二次硫化的基础上打开通风机和排气孔，在140－170℃×0.5－3h下进行三次硫化，使橡胶硫化产生的小分子物质全部排出，以使生产的胶垫几乎闻不到任何气味。
可见，本发明实施例提供的该方法使用本发明实施例提供的组分作为原料，通过混炼、出型、模压硫化过程制备乙丙橡胶材料的密封垫片，具有出型容易，出型半成品表面光滑而且粗细均匀的特点。而且本胶料制备的密封垫片在耐介质和耐高温性能也得到相应提高。
第三方面，本发明实施例提供一种高性能乙丙橡胶密封垫片的在板式换热器中的应用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
以下实施例中具体采用：
三元乙丙橡胶K4260C，三元乙丙橡胶K4260C为阿朗新科三元乙丙橡胶，门尼粘度在ML(1+4)125℃条件下为43MU，乙烯含量55％，第三单体含量2.3％；
液体乙丙橡胶K0500R，液体乙丙橡胶K0500R为阿朗新科液体乙丙橡胶，门尼粘度在ML(1+4)100℃条件下低于10MU；
炭黑N762，炭黑N762为卡博特半补强炭黑；
氧化锌ZnO，硫化剂DHBP－45，助交联剂TAIC，防老剂445，聚四氟乙烯微粉B－01，均为市售标准产品，聚四氟乙烯微粉的产品技术指标如下：
序号 项目 单位 指标数值
1 外观 白色微细粉
2 含水率 ％ ≤0.05
3 平均粒径 μm ≤5
4 熔点 ℃ ≤400℃
5 分子量 10000－30000
采用上述的材料为例进行说明。
实施例1
一种高性能乙丙橡胶密封垫片，按照重量份数计，该高性能乙丙橡胶密封垫片主要由以下组分制成(聚四氟乙烯微粉的含量为0)：
Figure BDA0002544825600000081
Figure BDA0002544825600000091
实施例2－5
与实施例1中的组分相同，不同之处仅在于，将聚四氟乙烯微粉作为变量，混炼4份混炼胶，分别为：5份、10份、15份和20份。
下对实施例1－5中的高性能乙丙橡胶密封垫片的性能进行测试，测试结果如下：
Figure BDA0002544825600000092
由以上表格可以看出：本发明实施例1－5中，以聚四氟乙烯微粉作为变量，随着聚四氟乙烯微粉含量的增加，可以看出，在硬度、拉断强度、撕裂强度以及压变(160℃＊24h，160℃＊72h)等方面的性能均有明显的提高，而胶条挤出膨胀率明显下降，160℃×70h老化后物性变化和在95℃NaOH溶液中浸泡70h后的测试结果也体现出，垫片材料具有良好的耐介质性能。
实施例6－9
其他材料不变，将三元乙丙橡胶K4260C和液体乙丙橡胶K0500R作为变量，混炼4份混炼胶，分别为：K4260C80份，K0500R20份；K4260C60份，K0500R40份；K4260C40份，K0500R60份；和K4260C20份，K0500R80份。
序号 材料名称 份数
1 三元乙丙橡胶K4260C 变量
2 液体乙丙橡胶K0500R 变量
3 炭黑N762 120
4 氧化锌ZnO 10
5 聚四氟乙烯微粉B－01 5
6 硫化剂DHBP－45 5.6
7 助交联剂TAIC 2
8 防老剂445 1.8
对于本发明实施例6－9中的高性能乙丙橡胶密封垫片的性能进行测试，测试结果如下：
Figure BDA0002544825600000101
Figure BDA0002544825600000111
由以上表格可以看出：本发明实施例6－9中，以三元乙丙橡胶K4260C和液体乙丙橡胶K0500R作为变量，三元乙丙橡胶K4260C的含量逐渐降低而液体乙丙橡胶K0500R的含量逐渐增加，可以看出，降低三元乙丙橡胶K4260C的用量，在硬度、拉断强度、撕裂强度以及压变(160℃＊24h，160℃＊72h)等方面的性能均出现下降，可见，为了提高胶条在上述方面的性能，可以适当的增加三元乙丙橡胶的用量，而将三元乙丙橡胶和液体乙丙橡胶配合使用，可以使胶条挤出膨胀率明显下降，160℃×70h老化后物性变化和在95℃NaOH溶液中浸泡70h后的测试结果也体现出，垫片材料具有良好的耐介质性能。
实施例10
一种高性能乙丙橡胶密封垫片的生产方法，包括以下步骤：
(1)、塑炼：开炼机辊距调整为2mm，将称量好的原胶，三元乙丙橡胶K4260C、液体乙丙橡胶K0500R和聚四氟乙烯微粉B－01加入开炼机进行塑炼5次，每次打三角包。
(2)、混炼：将上述塑炼好的塑炼胶料，硫化剂DHBP－45，助交联剂TAIC加入橡胶捏炼机在100℃下捏炼，让能够起化学反应的原材料先预混到一起。然后再加入其他材料在120℃下一起捏炼，使得原胶和硫化剂、硫化助剂能够充分接触，提高硫化剂利用率，提高硫化效率。
(3)、出型：将上述混炼胶首先在开炼机上热炼，温度达到50℃，割片成90×10mm尺寸。热喂料挤出机转速设为650转/min，将上述热炼后的混炼胶喂入挤出机，选择合适的机头挤出，裁切成需要的长度，作为硫化的半成品。
(4)、硫化：一次硫化，在硫化机上采用185℃×180S×12MPa的硫化条件将上述半成品模压硫化。二次硫化，将模压硫化的胶条放进烘箱，关闭烘箱通风机和排气孔，在160℃温度下硫化3h，主要目的是让硫化反应充分，胶垫达到最优性能，在密闭环境中减少了由于氧气氧化而破坏橡胶交联键。三次硫化，在二次硫化的基础上打开通风机和排气孔，在150℃下硫化1h，使橡胶硫化产生的小分子物质全部排出，以使生产的胶垫几乎闻不到任何气味。
综上，本发明实施例提供一种高性能乙丙橡胶密封垫片及其制备方法和应用。其制备原料以三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶作为主要的橡胶材料，两者可以互补降低制备原料的门尼粘度，而聚四氟乙烯微粉具有良好的耐介质性能，利用上述的制备原料制备高性能乙丙橡胶密封垫片，可以在挤出成型的过程中，使乙丙橡胶半成品混炼胶挤出膨胀率小，尺寸更加均匀，在模压硫化过程中余胶边容易控制，减少了材料浪费。而且物理机械性能也得到提高，特别在耐介质和耐高温方面。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下的有益效果：
1、物理机械性能优异。耐高温老化性能提高，可在160℃的工况中使用。耐介质性能提高，延长使用寿命。
2、出型半成品胶条膨胀率明显减小，尺寸均匀。
3、本发明中加入液体乙丙，大大降低了混炼胶门尼粘度，在混炼胶挤出过程中更加容易，也是膨胀率减小的另外一个原因。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能乙丙橡胶密封垫片，其特征在于，按照重量份数计，所述高性能乙丙橡胶密封垫片主要由以下组分制成：
三元乙丙橡胶70－90份、
液体乙丙橡胶10－30份、
炭黑70－120份、
聚四氟乙烯微粉3－20份、
氧化锌3－10份、
硫化剂3－8份、
助交联剂0.6－3份，以及
防老剂0.5－3份。
2.根据权利要求1所述的高性能乙丙橡胶密封垫片，其特征在于，所述三元乙丙橡胶选自门尼粘度为35－85MU，乙烯含量为45－75％，第三单体含量为1.0－6％的三元乙丙橡胶，优选的，所述三元乙丙橡胶为阿朗新科的三元乙丙橡胶K4260C。
3.根据权利要求1所述的高性能乙丙橡胶密封垫片，其特征在于，所述液体乙丙橡胶选自门尼粘度在ML(1+4)100℃条件下低于10MU的液体乙丙橡胶，优选的，所述液体乙丙橡胶为阿朗新科的液体乙丙橡胶K0500R。
4.根据权利要求1所述的高性能乙丙橡胶密封垫片，其特征在于，所述炭黑选自炭黑N330、N550、N660、N774、N990以及喷雾炭黑中的至少一种，优选的，所述炭黑为炭黑N762。
5.根据权利要求1所述的高性能乙丙橡胶密封垫片，其特征在于，所述硫化剂选自硫化剂DCP、BIPB以及DBPH中的至少一种，优选的，所述硫化剂为硫化剂DHBP－45；
优选的，所述助交联剂选自助交联剂TAIC、HVA－2、VP－4以及TMPTMA中的至少一种，更优选的，所述助交联剂为助交联剂TAIC；
优选的，所述防老剂选自防老剂445、MMBI－70、ODA以及NBC中的至少一种，更优选的，所述防老剂为防老剂445。
6.一种的高性能乙丙橡胶密封垫片的制备方法，其特征在于，采用权利要求1－5任一项所述的组分进行制备。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按比例将三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶和聚四氟乙烯微粉混合进行塑炼，得到塑炼物料；
将所述的塑炼物料与硫化剂和助交联剂混合进行一次混炼后，再与氧化锌、炭黑和防老剂混合进行二次混炼，得到混炼物料；
将所述的混炼物料进行挤出成型和硫化处理，制得所述高性能乙丙橡胶密封垫片。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述混炼物料的挤出成型步骤如下：
将所述混炼物料加热至50－90℃，在500－700转/min下挤出、裁切，作为硫化的半成品，
优选的，所述混炼物料的硫化处理步骤如下：
将挤出成型的硫化的半成品在温度175－190℃，时间3－8min，压力8－15MPa进行一次硫化；然后于常压下，在温度140－170℃，时间2－8h，进行二次硫化；再在温度140－170℃，时间0.5－3h，进行三次硫化。
9.根据权利要求6－8任一项所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
塑炼：按比例将三元乙丙橡胶、液体乙丙橡胶和聚四氟乙烯微粉混合，进行塑炼3－10次，得到塑炼物料；
混炼：将所述的塑炼物料与硫化剂和助交联剂混合，在80－120℃下进行一次捏炼，再与氧化锌、炭黑和防老剂混合，在80－120℃下进行二次捏炼，得到混炼物料；
挤出成型：将所述混炼物料加热至50－90℃，在500－700转/min下挤出、裁切，作为硫化的半成品；
硫化处理：将所述硫化的半成品在温度175－190℃，时间3－8min，压力8－15MPa进行一次硫化；然后于常压下，在温度140－170℃，时间2－8h，进行二次硫化；再在温度140－170℃，时间0.5－3h，进行三次硫化。
10.根据权利要求1－5任一项所述的高性能乙丙橡胶密封垫片或者权利要求6－9任一项所述制备方法制备的高性能乙丙橡胶密封垫片在板式换热器中的应用。
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