CN111925564A - 橡胶水封用胶料及其制备成型方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种橡胶水封用胶料及其制备成型方法和设备，其中胶料包括按重量份计的3号烟片胶100份、快压出炭黑14.6‑15.0份、高耐磨炭黑34.5‑34.8份、混气炭黑14.6‑15.0份、氧化锌4.1‑4.5份、硬脂酸2.0‑2.2份、石蜡1.8‑2.1份、防老剂RD 1.0‑1.1份、凡士林2.8‑3.1份、促进剂0.6‑0.8NOBS份、促进剂D 0.05‑0.15份、防老剂4010NA 0.9‑1.3份、防焦剂CTP 0.2‑0.4份、硫磺S‑80 2.3‑2.7份、三元乙丙橡胶19.5‑22.0份。制备成型时，先对胶料进行预成型，在将预成型的胶料填入硫化模具中，同时在硫化模具的一端或者两端设置延伸部，硫化时仅对硫化模具中的部分进行硫化，延伸部不硫化，使得后期接头部位硫化可以实现生胶与生胶之间的硫化，提升橡胶水封接头硫化粘接强度。

Description

橡胶水封用胶料及其制备成型方法和设备
技术领域
本发明涉及水工金属结构橡胶水封生产与现场安装领域，具体为一种橡胶水封用胶料及其制备成型方法和设备，可以提高橡胶水封接头强度和使用寿命。
背景技术
橡胶水封是保证水工金属结构正常运行及封水效果的关键部件，因此橡胶水封制品的整体延续性就异常重要，但是无论在橡胶水封生产过程中，还是在橡胶水封现场安装的过程中，都不可避免的存在接头的情况，而水封接头又是整件橡胶水封产品中承力相对较薄弱的部位，因此，水封的接头质量就成为影响水封整体性能的关键部位。根据检测及经验数据统计显示，传统橡胶水封接头部位硫化粘接，其厂内生产过程为“全硫化橡胶水封接头”+“预成型半成品橡胶材料接头”的方式，接头部位实际强度约为橡胶本体强度的85％～90％；工厂生产工况条件下，“全硫化橡胶水封”+“接头生橡胶片”+“全硫化橡胶水封”接头部位实际强度约为橡胶本体强度的75％～85％；而水工金属结构安装现场条件下“全硫化橡胶水封”+“接头生橡胶片”+“全硫化橡胶水封”接头部位实际强度约为本体强度的60％～75％。鉴于安装现场的实际工况、加热加压条件及操作人员专业性等因素的限制，现场热硫化粘接接头的实际强度很难达到理想效果。
发明内容
本发明提供一种橡胶水封用胶料及其制备成型方法和设备，可以提高水工金属结构橡胶水封接头强度，提高橡胶服役性能，延长其服役寿命。
本发明的技术方案是，一种橡胶水封用胶料，包括按重量份计的以下成分：3号烟片胶100份、快压出炭黑14.6-15.0份、高耐磨炭黑34.5-34.8份、混气炭黑14.6-15.0份、氧化锌4.1-4.5份、硬脂酸2.0-2.2份、石蜡1.8-2.1份、防老剂RD 1.0-1.1份、凡士林2.8-3.1份、促进剂0.6-0.8NOBS份、促进剂D 0.05-0.15份、防老剂4010NA 0.9-1.3份、防焦剂CTP0.2-0.4份、硫磺S-80 2.3-2.7份、三元乙丙橡胶19.5-22.0份。
进一步地，包括按重量份计的以下成分：3号烟片胶100份、快压出炭黑14.91份、高耐磨炭黑34.73份、混气炭黑14.91份、氧化锌4.47份、硬脂酸2.09份、石蜡2.00份、防老剂RD1.09份、凡士林2.98份、促进剂NOBS0.73份、促进剂D0.11份、防老剂4010NA1.00份、防焦剂CTP 0.31份、硫磺S-80 2.49份、三元乙丙橡胶20.91份。
利用上述胶料进行橡胶水封制备成型的方法，包括以下步骤：
S1：按照胶料的配方准确称取各原料，并采用炼胶机进行胶料的捏炼和开炼，再从开炼机中取出半成品胶片置于螺杆挤出机中，根据橡胶水封结构设计要求进行半成品胶料预成型，最后取出冷却；
S2：冷却完成后的预成型半成品胶料填入提前准备好的与橡胶水封形状匹配的橡胶硫化模具中，橡胶硫化模具的一端或者两端设置辅助模具，预成型半成品胶料填入橡胶硫化模具同时，在辅助模具上填入延伸部，再采用硫化机对橡胶硫化模具加热加压，进行橡胶水封硫化制作，辅助模具内的延伸部暂时不进行硫化；橡胶水封硫化完毕，拆除所有模具；
S3：步骤S2之后，橡胶水封长度未达到设计长度，通过厂内制作或者现场安装方式使其长度符合要求；厂内制作时，将S2得到的橡胶水封带有半成品胶料延伸部一端置于橡胶硫化模具内部，然后向模具内填满半成品胶料，根据需要选择辅助模具并预留延伸部，对橡胶水封硫化制作，辅助模具内的延伸部暂时不进行硫化，橡胶水封硫化完毕，拆除所有模具；循环重复此过程，直至达到设计长度或现场安装分节长度；现场安装时，将两节橡胶水封端部预留的延伸部置于硫化粘接模具中，加热加压将两节橡胶水封硫化粘接为一节，重复此过程，直至橡胶水封达到设计长度。
进一步地，所述延伸部的长度为100～150mm，
进一步地，对橡胶硫化模具的胶料进行硫化时，控制温度在140±5℃，压力为15±2MPa。
进一步地，对橡胶硫化模具的胶料进行硫化时，80℃≤辅助模具温度≤90℃，辅助模具内胶料不会自硫化，但可保证胶料出模后有较好水封断面型式。
进一步地，橡胶水封不需要分节制作、运输时，当橡胶水封达到设计长度和尺寸后端部不再设置预成型的半成品胶料延伸部；橡胶水封需要分段制作或运输现场安装时再进行二次硫化粘接，在橡胶水封达到设计长度和尺寸后，端部设置预成型的半成品胶料延伸部。
本发明还涉及一种用于橡胶水封成型的设备，包括橡胶硫化模具，其分为上模具和下模具，上模具和下模具之间设有与待成型橡胶水封形状匹配的空腔；橡胶硫化模具的两端还设有辅助模具，辅助模具也分为上辅助模具和下辅助模具，上辅助模具和下辅助模具之间设有与待成型橡胶水封形状匹配的空腔。
进一步地，橡胶硫化模具与辅助模具之间设有隔热层，隔热层分为上隔热层和下隔热层，上隔热层位于上模具与上辅助模具之间，下隔热层位于下模具与下辅助模具之间。
进一步地，所述辅助模具还设有冷却系统，冷却系统包括水泵、管道和散热器，其中上辅助模具和下辅助模具内部均设有空腔，上辅助模具和下辅助模具通过管道与水泵和散热器连通；下辅助模具冷却水通道端部设有开孔的定位销，与上辅助模具合并后，下辅助模具上带孔洞定位销插入上辅助模具定位孔，确保上、下辅助模具冷却水通道连通。
本发明还具有以下有益效果：
1、本发明提供的胶料，增加三元乙丙橡胶，降低胶料硫化速度，提高胶料的起硫点温度至110±5℃，采用硫磺S-80可增加橡胶分子链交联密度。通过多个组分配合能够提高橡胶的起硫点温度，防止在橡胶水封分节制作时端部预留的延伸部半成品胶料的自硫化而产生不可逆转的海绵体。经试验测试可大幅提升橡胶水封接头硫化粘接强度。
2、橡胶水封制备成型过程中，在捏炼、开炼完成后，将半成品胶料从炼胶机拿出停放冷却，可以使胶料中各成份充分分散均匀，同时释放胶料内应力。
3、在橡胶水封成型时，通过在橡胶水封端部设置延伸部预成型生橡胶材料，后期两端结合时，可以实现接头的部位均为未硫化的预成型半成品橡胶材料，而橡胶水封其它部分为橡胶分子链完全交联的全硫化橡胶水封，实现预成型的半成品橡胶材料+预成型半成品橡胶材料(生胶+生胶)在橡胶水封接头部位整体硫化的目的，增加橡胶水封接头部位硫化粘接质量，减少橡胶水封接头等薄弱部位对水封整体使用性能的影响。经检测此方法硫化粘接的接头强度可以达到橡胶水封本体强度的95％以上，大幅提高橡胶水封接头部位强度。
4、本发明提供的成型设备，由于设置橡胶水封成型模具和辅助模具，可以在橡胶水封本体成型的同时设置延伸部。另外通过在橡胶水封成型模具和辅助模具之间设置隔热板，便于实现橡胶水封成型模具加热加压硫化的同时控制辅助模具内的胶料不硫化；进一步地，通过对辅助模具设置冷却系统，能够精确的控制辅助模具的温度，确保其中的胶料不受橡胶水封成型模具加热的影响。
5、本发明提供的胶料和方法，在实施过程中所需工器具可根据工况、现场环境、安装条件等配套定制，因此工程化应用可操作性强；可用于大型水利水电工程钢闸门、船闸、升船机等橡胶水封硫化生产、安装现场硫化粘接。
附图说明
图1是本发明实施例4中的C型橡胶水封辅助模具循环冷却水系统示意图。
图2是本发明实施例4中的C型橡胶水封硫化模具示意图。
图中：1为第1节C型橡胶水封、2为上模具、3为上隔热层、4为第2节C型橡胶水封、5为下模具、6为下隔热层、7为下辅助模具、8为上辅助模具、9为散热器、10为水管、11为水泵。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
对比例1：
原高水头橡胶水封胶料，其有效成分以重量份数计为：3号烟片胶100份、快压出炭黑15.02份、高耐磨炭黑34.98份、混气炭黑15.02份、氧化锌5.00份、硬脂酸2.51份、石蜡2.01份、防老剂RD 1.00份、凡士林3.00份、促进剂NOBS 0.81份、促进剂D 0.11份、防老剂4010NA 0.86份、防焦剂CTP 0.31份、硫磺2.51份。
实施例1：
一种高水头橡胶水封胶料，其有效成分以重量份数计为：3号烟片胶100份、快压出炭黑14.91份、高耐磨炭黑34.73份、混气炭黑14.91份、氧化锌4.47份、硬脂酸2.09份、石蜡2.00份、防老剂RD1.09份、凡士林2.98份、促进剂NOBS0.73份、促进剂D0.11份、防老剂4010NA1.00份、防焦剂CTP 0.31份、硫磺S-80 2.49份、三元乙丙橡胶20.91份。
实施例2：
一种高水头橡胶水封胶料，其有效成分以重量份数计为：3号烟片胶100份、快压出炭黑14.6份、高耐磨炭黑34.5份、混气炭黑14.6份、氧化锌4.1份、硬脂酸2.0份、石蜡1.8份、防老剂RD 1.0份、凡士林2.8份、促进剂NOBS 0.6份、促进剂D 0.05份、防老剂4010NA 0.9份、防焦剂CTP 0.2份、硫磺S-80 2.3份、三元乙丙橡胶19.5份。
实施例3:
一种高水头橡胶水封胶料，其有效成分以重量份数计为：3号烟片胶100份、快压出炭黑15.0份、高耐磨炭黑34.8份、混气炭黑15.0份、氧化锌4.5份、硬脂酸2.2份、石蜡2.1份、防老剂RD 1.1份、凡士林3.1份、促进剂NOBS 0.8份、促进剂D 0.15份、防老剂4010NA 1.3份、防焦剂CTP 0.4份、硫磺S-80 2.7份、三元乙丙橡胶22.0份。
对上述实施例1-3及对比例中的胶料进行硫化生产的橡胶水封进行检测，对比例1中高水头橡胶水封胶料硫化制得的水封硬度，邵A：68度，拉伸强度22.6Mpa，拉断伸长率548％。实施例1中高水头橡胶水封新胶料硫化制得的橡胶水封硬度(邵A)71度，拉伸强度25.3Mpa，拉断伸长率609％。
实施例2中高水头橡胶水封新胶料硫化制得的橡胶水封硬度(邵A)64度，拉伸强度23.7Mpa，拉断伸长率589％。
实施例3中高水头橡胶水封新胶料硫化制得的橡胶水封硬度(邵A)76度，拉伸强度23.2Mpa，拉断伸长率564％。
可以看出本发明实施例中胶料未改变高水头橡胶水封机械物理性能。
实施例4：
如图1-2所示，图中：1为第1节C型橡胶水封、2为上模具、3为上隔热层、4为第2节C型橡胶水封、5为下模具、6为下隔热层、7为下辅助模具、8为上辅助模具、9为散热器、10为水管、11为水泵。
该用于橡胶水封成型的设备，包括橡胶硫化模具，其分为上模具2和下模具5，上模具和下模具之间设有与待成型橡胶水封形状匹配的空腔；橡胶硫化模具的两端还设有辅助模具，辅助模具也分为上辅助模具7和下辅助模具8，上辅助模具和下辅助模具之间设有与待成型橡胶水封形状匹配的空腔。
优选地，橡胶硫化模具与辅助模具之间设有隔热层，隔热层分为上隔热层3和下隔热层6，上隔热层位于上模具与上辅助模具之间，下隔热层位于下模具与下辅助模具之间。
进一步优选地，所述辅助模具还设有冷却系统，冷却系统包括水泵、管道和散热器，其中上辅助模具和下辅助模具内部均设有空腔，上辅助模具和下辅助模具通过管道与水泵和散热器连通；下辅助模具冷却水通道端部设有开孔的定位销，与上辅助模具合并后，下辅助模具上带孔洞定位销插入上辅助模具定位孔，确保上、下辅助模具冷却水通道连通。
实施例5：
本实施例中硫化制作的为三峡升船机船厢密封框C型水封，三峡升船机上下厢头密封框均布置有一道C型水封与P型水封，总长为40m。
三峡升船机船厢密封框C型水封硫化制作时，具体包括以下步骤：
步骤1)：按设计要求进行橡胶水封模压模具制作，并进行胶料、硫化机台、混炼机、挤出机等材料与设备的准备，其中硫化机型号为2200X3800，捏炼机型号为N-110L，精炼机型号为22寸，预成型螺杆挤出机型号为SJ200，其中充压水封模具包括直条模具、转角模具、辅助模具；
步骤2)：根据实施例1中橡胶水封胶料配方，按照重量份数称重并填入捏炼机进行胶料混炼，再采用精炼机进行胶料塑炼；
步骤3)：所有胶料的有效成分在炼胶机经过捏炼、开炼完成后，将半成品胶片从炼胶机取出放入螺杆挤出机，根据设计要求橡胶水封结构型式进行半成品胶料预成型；
步骤4)：完成半成品胶料预成型后，将胶料停放冷却，使胶料中各成份充分分散均匀，释放胶料内应力；
步骤5)：完全冷却的预成型半成品胶料称重填入提前做好橡胶硫化模具，由于三峡升船机船厢密封框C型水封长度较大，且运输过程不能折叠，C型水封硫化生产过程分节制作，每节长10.0m，直条模具长度为2.5米，因此每节C型水封需要分4次填模硫化完成制作；预成型半成品胶料填入橡胶硫化模具时，预成型的半成品胶料两端分别伸出硫化粘接模具150mm长形成延伸部，两延伸部分别填入两端辅助模具，采用硫化机对橡胶硫化模具加热加压进行橡胶水封硫化生产，开启循环冷却水系统对辅助模具进行降温冷却；
步骤6)：橡胶水封硫化充分后，拆除模具，将步骤5)中一端预留的150mm长半成品胶料做好防护，另外一端预留的150mm长半成品胶料填入橡胶硫化模具，橡胶硫化模具其它部位采用预成型的半成品胶料称重填满，且预成型的半成品胶料端部伸出硫化粘接模具150mm长再次形成延伸部，采用硫化机对橡胶硫化模具加热加压进行橡胶水封硫化制作，辅助模具不进行硫化成型，橡胶水封硫化充分后，拆除模具；
步骤7)：重复步骤步骤5)-步骤6)，循环重复此过程4次，直至达到设计分节长度10.0m，C型水封需要分段制作且在现场安装时再进行二次硫化粘接，则水封达到9.85m分节长度后端部预留150mm长预成型的半成品胶料，与另外一节在安装现场进行二次硫化粘接；
步骤8)：进行成品橡胶水封修边整理、检验，检验合格后包装出厂，则水封制作完毕，若分节制作的水封端部预留有150mm长预成型的半成品胶料接头的采用塑料套防护，防止杂物、油污等污染橡胶水封接头胶料。
现场安装时，将两节橡胶水封端部预留的延伸部置于硫化粘接模具中，加热加压将两节橡胶水封硫化粘接为一节，重复此过程，直至橡胶水封达到设计长度。
对试验生产过程及安装现场硫化粘接的C型水封进行机械物理性能测试，测试标准为GB/T 528—1998硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定、GB/T 531—1999橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法，测试结果如表1、表2所示：
表1 C型水封厂内制作过程中接头部位测试对比组
Figure BDA0002613533270000061
Figure BDA0002613533270000071
表2 C型水封现场硫化粘接接头部位测试对比组
Figure BDA0002613533270000072
注：表内对比结果为拉伸强度、拉断伸长率综合对比结果。
实践证明，采用本发明提出的方法，橡胶水封接头部位硫化粘接强度大幅提升，且对橡胶水封硬度及其他机械物理性能影响较小，因此，本发明提供的胶料及橡胶水封制备成型方法和设备，可以满足橡胶水封生产及现场实际应用需要。

Claims (10)

1. 一种橡胶水封用胶料，其特征在于，包括按重量份计的以下成分：3号烟片胶100份、快压出炭黑 14.6-15.0份、高耐磨炭黑34.5-34.8份、混气炭黑14.6-15.0份、氧化锌4.1-4.5份、硬脂酸 2.0-2.2份、石蜡1.8-2.1份、防老剂RD 1.0-1.1份、凡士林2.8-3.1 份、促进剂0.6-0.8NOBS份、促进剂D 0.05-0.15 份、防老剂4010NA 0.9-1.3份、防焦剂CTP0.2-0.4 份、硫磺S-80 2.3-2.7份、三元乙丙橡胶19.5-22.0份。
2.根据权利要求1所述的胶料，其特征在于：包括按重量份计的以下成分：3号烟片胶100份、快压出炭黑14.91份、高耐磨炭黑34.73份、混气炭黑14.91份、氧化锌4.47份、硬脂酸2.09份、石蜡2.00份、防老剂RD1.09份、凡士林2.98份、促进剂NOBS0.73份、促进剂D 0.11份、防老剂4010NA1.00份、防焦剂CTP 0.31份、硫磺S-80 2.49份、三元乙丙橡胶20.91份。
3.利用权利要求1或2中的胶料进行橡胶水封制备成型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照胶料的配方准确称取各原料，并采用炼胶机进行胶料的捏炼和开炼，再从开炼机中取出半成品胶片置于螺杆挤出机中，根据橡胶水封结构设计要求进行半成品胶料预成型，最后取出冷却；
S2：冷却完成后的预成型半成品胶料填入提前准备好的与橡胶水封形状匹配的橡胶硫化模具中，橡胶硫化模具的一端或者两端设置辅助模具，预成型半成品胶料填入橡胶硫化模具同时，在辅助模具上填入延伸部，再采用硫化机对橡胶硫化模具加热加压，进行橡胶水封硫化制作，辅助模具内的延伸部暂时不进行硫化；橡胶水封硫化完毕，拆除所有模具；
S3：步骤S2之后，橡胶水封长度未达到设计长度，通过厂内制作或者现场安装方式使其长度符合要求；厂内制作时，将S2得到的橡胶水封带有半成品胶料延伸部一端置于橡胶硫化模具内部，然后向模具内填满半成品胶料，根据需要选择辅助模具并预留延伸部，对橡胶水封硫化制作，辅助模具内的延伸部暂时不进行硫化，橡胶水封硫化完毕，拆除所有模具；循环重复此过程，直至达到设计长度或现场安装分节长度；现场安装时，将两节橡胶水封端部预留的延伸部置于硫化粘接模具中，加热加压将两节橡胶水封硫化粘接为一节，重复此过程，直至橡胶水封达到设计长度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述延伸部的长度为100~150mm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：对橡胶硫化模具的胶料进行硫化时，控制温度在140±5℃，压力为15±2MPa。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：对橡胶硫化模具的胶料进行硫化时，控制辅助模具温度，80℃≤辅助模具温度≤90℃，辅助模具内胶料不会自硫化，但可保证胶料出模后有较好水封断面型式。
7.根据权利要求3-6任意一项所述的方法，其特征在于：橡胶水封不需要分节制作、运输时，当橡胶水封达到设计长度和尺寸后端部不再设置预成型的半成品胶料延伸部；橡胶水封需要分段制作或运输现场安装时再进行二次硫化粘接，在橡胶水封达到设计长度和尺寸后，端部设置预成型的半成品胶料延伸部。
8.一种用于橡胶水封制备成型的设备，其特征在于：包括橡胶硫化模具，其分为上模具和下模具，上模具和下模具之间设有与待成型橡胶水封形状匹配的空腔；橡胶硫化模具的两端还设有辅助模具，辅助模具也分为上辅助模具和下辅助模具，上辅助模具和下辅助模具之间设有与待成型橡胶水封形状匹配的空腔。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：橡胶硫化模具与辅助模具之间设有隔热层，隔热层分为上隔热层和下隔热层，上隔热层位于上模具与上辅助模具之间，下隔热层位于下模具与下辅助模具之间。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述辅助模具还设有冷却系统，冷却系统包括水泵、管道和散热器，其中上辅助模具和下辅助模具内部均设有空腔，上辅助模具和下辅助模具通过管道与水泵和散热器连通；下辅助模具冷却水通道端部设有开孔的定位销，与上辅助模具合并后，下辅助模具上带孔洞定位销插入上辅助模具定位孔，确保上、下辅助模具冷却水通道连通。
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