CN112266538B - 汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于密封材料技术领域，具体涉及一种汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料及其制备方法和应用。所述的橡胶密封材料按重量份数计，原料组分为：EPM 40～60份；EPDM 40～60份；填充补强剂40～60份；活性剂3～6份；防老剂2～4份；过氧化物硫化剂4～6份；助交联剂0.5～2份。通过乙丙橡胶配合和混炼，制得橡胶密封材料。本发明方法制备的橡胶密封材料具有优异的耐高温、耐疲劳性能，物理机械性能好，压缩永久变形率较低，可在汽车中长期稳定使用。

Description

汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于密封材料技术领域，具体涉及一种汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料及其制备方法和应用。
背景技术
乙丙橡胶是由乙烯、丙烯为基本单体，通过配位聚合的方法得到的一种饱和非极性共聚物。乙丙橡胶因为其分子链的高饱和性而具有优异的耐热、耐臭氧以及耐候性能；且乙丙橡胶为非极性共聚物，因而对极性介质具有良好的耐受性；乙丙橡胶还具有极佳的电绝缘性能和压缩永久变形性能。此外，与氢化丁腈橡胶(HNBR)、氟橡胶(FKM)等其它橡胶相比，乙丙橡胶成本大大降低。因此，乙丙橡胶被广泛应用于汽车、建材、电线电缆、胶管和输送带等领域。
随着汽车发动机工作温度节节攀升，使用工况越来越苛刻，以及汽车工业低油耗、低排放、低噪声和超长使用寿命的发展方向等，对汽车用乙丙橡胶材料提出了新的、更高的要求，如：在经过175℃×168小时的热氧老化后，仍然要求保持良好的密封性能，这对使用极限温度为150℃的乙丙橡胶材料来说无疑是严苛的挑战；此外，对乙丙橡胶材料的耐疲劳性能、耐介质性能、压缩永久变形性能也有极高的要求；由于密封件领域中乙丙橡胶与金属和塑料等的粘接属于高难度问题，因此对乙丙橡胶材料的粘接性能提出了极大挑战。
发明内容
针对现有乙丙橡胶材料耐热性(175℃)、耐疲劳性、粘接性能和密封性等多方面存在的不足，为了改善乙丙橡胶材料的耐高温、耐疲劳、粘接性能等，本发明开发了一种符合性能要求的汽车用乙丙橡胶密封材料。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料，按重量份数计，其具体原料组分为：
Figure BDA0002708816040000021
其中，EPM为乙烯含量59％左右二元共聚物，优选为：CO 054，埃尼公司生产；
EPDM为乙烯含量64％左右的高饱和(DCPD含量为1.2％)三元共聚物，优选为：Keltan 6160D，阿朗新科公司生产。
填充补强剂为通用炉黑N660和乙炔炭黑；
活性剂为纳米氧化锌；
防老剂为ZMTI(2-硫醇基甲基苯并咪唑锌盐)和445(4.4’-双(α.α-二甲基苄基)二苯胺)；
过氧化物硫化剂为双二五硫化剂2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷，50％含量，载体为白炭黑；市售品，白炭黑载体的作用为：便于硫化剂的吸附以及在橡胶中的分散。
助交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)。
汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料的制备方法为：
(1)乙丙橡胶材料混炼：将EPM和EPDM生胶投入密炼机混炼1min；加入活性剂、防老剂和一半填充补强剂，混炼3min，成团，密炼温度为60℃；然后加入另一半填充补强剂，混炼3min，密炼温度为85℃；清扫后，混炼3min，密炼温度为110℃；接着加入助交联剂，混炼1.5min，密炼温度为120℃结束，倒出胶料，然后将其投入胶料开炼机，加入过氧化物硫化剂，翻料机翻料5min，薄通3次，出片，制得混炼胶。
(2)乙丙橡胶材料硫化：在混炼胶停放16h以上后，用平板硫化机硫化试样，硫化条件为180℃×10min，硫化压力为15MPa；二段硫化在老化箱内进行，硫化条件为150℃×4h。
一般情况下，助交联剂是在橡胶开炼的过程中加入，但三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)开炼过程中不易分散。在密炼机中后段加入该助交联剂，可显著改善其在胶料中的分散性并避免开炼机加促损耗的问题。
本发明选择特殊的乙丙橡胶生胶，制得汽车用耐高温、耐疲劳橡胶密封材料，该材料使用场合为汽车电动式真空泵，在接触化学介质(制动液、润滑脂和去离子水)时，具有优异的稳定性。
与现有技术相比，本发明的技术效果为：
(1)本发明制备得到的乙丙橡胶密封材料能在175℃热氧老化条件中较长时间使用，且具有优异的压缩永久变形性能，耐疲劳性能，耐介质性能及良好的与PPS粘接性能，可在工况环境中能长期稳定的使用。
(2)本发明采用EPM(CO 054)和DCPD型EPDM(Keltan 6160D)进行共混，由于共混胶乙烯含量和饱和度较高，因而其硫化胶具有更优越的耐高温性能。硫化速度更快，能大大提高产品生产效率，且能大量填充补强剂，能大大降低橡胶材料的成本。
(3)本发明综合考虑乙丙橡胶材料的物理机械性能、耐高温性能、耐疲劳性能、耐介质性能以及压缩永久变形性能，选择耐曲挠、弹性好的通用炉黑N660和导热性能优异的乙炔炭黑并用补强体系。
(4)防老剂：本发明采用耐热老化性能优异的二苯胺类防老剂445和苯并咪唑型防老剂ZMTI并用防老体系，能提高耐热氧老化性能。
(5)采用双二五硫化剂(2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)并用硫化体系，能得到具有优异物理机械性能、耐高温性能、耐疲劳性能、耐介质性能以及压缩永久变形性能的乙丙橡胶材料。
具体实施方式
实施例1
一种汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料，按重量份数计，具体原料组分为：
Figure BDA0002708816040000041
汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料的制备方法为：
乙丙橡胶材料混炼：将EPM和EPDM生胶投入密炼机混炼1min；加入活性剂、防老剂和一半填充补强剂，混炼3min，成团，密炼温度为60℃；然后加入另一半填充补强剂，混炼3min，密炼温度为85℃；清扫后，混炼3min，密炼温度为110℃；接着加入助交联剂，混炼1.5min，密炼温度为120℃结束，倒出胶料，然后将投入胶料开炼机，加入过氧化物硫化剂，翻料机翻料5min，薄通3次，出片，制得混炼胶。
乙丙橡胶材料硫化：在混炼胶停放16h以上后，用平板硫化机硫化试样，硫化条件为180℃×10min，硫化压力为15MPa；二段硫化在老化箱内进行，硫化条件为150℃×4h。
实施例2
一种汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料，按重量份数计，具体原料组分为：
Figure BDA0002708816040000051
具体制备方法同实施例1。
实施例3
一种汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料，按重量份数计，具体原料组分为：
Figure BDA0002708816040000061
具体制备方法同实施例1。
对比例1
与实施例1相比，区别在于：将实施例1的生胶EPM和EPDM替换成EPM(CO 054)，其余组分和制备方法不变，制备得橡胶密封材料。
对比例2
与实施例1相比，区别在于：将实施例1的生胶EPM和EPDM替换成EPDM(Keltan6160D)，其余组分和制备方法不变，制备得橡胶密封材料。
对比例3
与实施例1相比，区别在于：将实施例1的填充补强剂N660和A/B替换成N660，其余组分和制备方法不变，制备得橡胶密封材料。
对比例4
与实施例1相比，区别在于：将实施例1的防老剂445和ZMTI替换成防老剂445，其余组分和制备方法不变，制备得橡胶密封材料。
对比例5
与实施例1相比，区别在于：将实施例1的硫化剂替换成DCP，其余组分和制备方法不变，制备得橡胶密封材料。
对比例6
与实施例1相比，区别在于：将实施例1的助交联剂TMPTMA替换成助交联剂TAIC(三烯丙基异氰脲酸酯)，其余组分和制备方法不变，制备得橡胶密封材料。
将各实施例和对比例制备的橡胶密封材料进行性能测试，测试结果见表1：
表1
Figure BDA0002708816040000071
Figure BDA0002708816040000081
从上述实施例和对比例可知，本申请选择CO 054与Keltan 6160D共混，和N660、A/B、ZnO、445、ZMTI、双二五硫化剂、TMPTMA复配后制备得密封材料，相比于其它原料得到的乙丙橡胶材料性能更有利于应用于汽车密封中。

Claims (2)

1.一种汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料，其特征在于：所述的橡胶密封材料按重量份数计，其原料组分为：
EPM CO 054 50份
EPDM Keltan 6160D 50份
填充补强剂N660 30份
填充补强剂：A/B 15份
活性剂 ZnO 5份
防老剂 445 1份
防老剂 ZMTI 2份
双二五硫化剂 5份
助交联剂TMPTMA 1份
所述的橡胶密封材料用于汽车电动式真空泵（EVP）密封。
2.一种根据权利要求1所述汽车用耐高温、耐疲劳乙丙橡胶密封材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
（1）混炼：将EPM和EPDM生胶投入密炼机混炼1min；加入活性剂、防老剂和一半填充补强剂，混炼3min，成团；然后加入另一半填充补强剂，混炼3min；清扫后，混炼3min；接着加入助交联剂，混炼1.5min，结束，倒出胶料，然后将其投入胶料开炼机，加入过氧化物硫化剂，翻料机翻料5min，薄通3次，出片，制得混炼胶；
（2）硫化：混炼胶停放16h以上后，用平板硫化机硫化试样，硫化条件为180℃×10min；二段硫化在老化箱内进行，硫化条件为150℃×4h。
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