CN112521664A - 一种耐磨改性橡胶密封材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨改性橡胶密封材料，制备的密封材料不仅具有较为优越的耐磨性能，同时，其抗变形能力和拉伸性能较好，制得推广。利用改性蛭石和硅藻土、乙二胺等制备的改性填料，可以大大提高所得目标材料的耐磨性能，同时，其在橡胶基底中的相容性良好，提升了材料的拉伸性能和压缩性能；首先，利用小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖对蛭石进行处理可以激活蛭石表面活性，增强其吸附性能，接着利用天冬氨酸对其进行改性，使其富含氨基、羧基、羟基，增强其反应性能和与基底的相容性与界面结合性，提升材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于密封材料技术领域，尤其是一种耐磨改性橡胶密封材料。
背景技术
由于橡胶复合密封材料具有优异的压缩回弹性能、极好的抗蠕变松弛性能及与密封面极好的配合性和长期耐压密封性能，目前已广泛应用于管道、化工泵、磁力泵的密封领域，但是，由于其耐磨性能差，抗冲击强度差，严重制约了其在密封领域的进一步发展。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种耐磨改性橡胶密封材料。
本发明通过以下技术方案实现：
一种耐磨改性橡胶密封材料，由以下重量份的原料制成：
改性填料10-15，天然橡胶80-120，聚乙烯醇5-7，丁腈橡胶20-30，芳纶纤维5-10，硬脂酸5-8，硫磺2-3。
进一步的，其制备方法为：
（1）将改性填料与天然橡胶一起加入到混炼机中，进行混炼，得到改性天然橡胶；
（2）将所得改性天然橡胶与聚乙烯醇、丁腈橡胶、芳纶纤维在110-120℃进行混炼20-30min，然后加入硬脂酸、硫磺，在60-64℃下继续混炼3-5min，然后挤出成型即可。
进一步的，所述芳纶纤维经过以下处理：将芳纶纤维在30-40℃下烘烤10-20min，然后向其中喷洒乙酸苄酯、柠檬烯、小苏打混合溶液，边喷洒边搅拌芳纶纤维，喷洒完毕后，将所得芳纶纤维放入0～-5℃下冷冻30-40min，然后将其浸泡于50-60℃温水中，在100-120rpm下搅拌处理13-20min，过滤，在30-40℃下烘干，即可。
进一步的，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
（1）将以重量份计的5-10份蛭石放入液氮中，放置10-20min，然后取出后进行球磨20-30min，然后向其中加入20-30份小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖混合溶液，继续球磨30-40min，除去溶剂，然后将所得物放入到焙烧炉中，在300-340℃下焙烧2-3h，然后以3-4℃/min的速率降至室温，向所得物中加入20-30份乙醇、4-6份天冬氨酸，球磨至除去乙醇，得到改性蛭石；利用小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖对蛭石进行处理可以激活蛭石表面活性，增强其吸附性能，接着利用天冬氨酸对其进行改性，使其富含氨基、羧基、羟基，增强其反应性能和与基底的相容性与界面结合性，提升材料的力学性能；
（2）将5-10份硅藻土加入到乙醇溶液中，在46-48KHz的超声条件下超声处理30-40min，然后向其中加入1-2份乙二胺、0.5-1份四硼酸钠，继续超声处理20-30min，然后将步骤（1）所得改性蛭石加入所得体系中，分散均匀后转入反应釜中，在130-140℃、0.2-0.24MPa下反应10-15h，然后降温，过滤，得改性填料；利用硅藻土、乙二胺、四硼酸钠混合后对蛭石进行进一步改性，可通过蛭石表面丰富的官能团与乙二胺、四硼酸钠进行络合反应，从而将硅藻土与改性蛭石有机结合起来，形成致密网络结构；
进一步的，所述乙酸苄酯、柠檬烯、碳酸氢钠混合溶液中，溶剂为乙醇，其中每100g乙醇中含有乙酸苄酯2-4g，柠檬烯1-1.5g，碳酸氢钠3-5g。
进一步的，步骤（1）所述小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖混合溶液中，每100g去离子水中含小孽碱0.4-0.8g，碳酸氢钠5-10g，壳聚糖3-8g。
本发明的有益效果：本发明制备的密封材料不仅具有较为优越的耐磨性能，同时，其抗变形能力和拉伸性能较好，制得推广。利用改性蛭石和硅藻土、乙二胺等制备的改性填料，可以大大提高所得目标材料的耐磨性能，同时，其在橡胶基底中的相容性良好，提升了材料的拉伸性能和压缩性能；首先，利用小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖对蛭石进行处理可以激活蛭石表面活性，增强其吸附性能，接着利用天冬氨酸对其进行改性，使其富含氨基、羧基、羟基，增强其反应性能和与基底的相容性与界面结合性，提升材料的力学性能，然后利用硅藻土、乙二胺、四硼酸钠混合后对蛭石进行进一步改性，可通过蛭石表面丰富的官能团与乙二胺、四硼酸钠进行络合反应，从而将硅藻土与改性蛭石有机结合起来，形成致密网络结构，并且其表面有机官能团众多，与基底结合更为紧密，从而显著地提高了所得材料的耐磨性能和力学性能。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。
实施例1
一种耐磨改性橡胶密封材料，由以下重量份的原料制成：
改性填料10，天然橡胶80，聚乙烯醇5，丁腈橡胶20，芳纶纤维5，硬脂酸5，硫磺2。
进一步的，其制备方法为：
（1）将改性填料与天然橡胶一起加入到混炼机中，进行混炼，得到改性天然橡胶；
（2）将所得改性天然橡胶与聚乙烯醇、丁腈橡胶、芳纶纤维在110℃进行混炼20min，然后加入硬脂酸、硫磺，在60℃下继续混炼3min，然后挤出成型即可。
进一步的，所述芳纶纤维经过以下处理：将芳纶纤维在30℃下烘烤10min，然后向其中喷洒乙酸苄酯、柠檬烯、小苏打混合溶液，边喷洒边搅拌芳纶纤维，喷洒完毕后，将所得芳纶纤维放入0℃下冷冻30min，然后将其浸泡于50℃温水中，在100rpm下搅拌处理13min，过滤，在30℃下烘干，即可。
进一步的，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
（1）将以重量份计的5份蛭石放入液氮中，放置10min，然后取出后进行球磨20min，然后向其中加入20份小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖混合溶液，其中每100g去离子水中含小孽碱0.4g，碳酸氢钠5g，壳聚糖3g，继续球磨30min，除去溶剂，然后将所得物放入到焙烧炉中，在300℃下焙烧2h，然后以3℃/min的速率降至室温，向所得物中加入20份乙醇、4份天冬氨酸，球磨至除去乙醇，得到改性蛭石；
（2）将5份硅藻土加入到乙醇溶液中，在46KHz的超声条件下超声处理30min，然后向其中加入1份乙二胺、0.5份四硼酸钠，继续超声处理20min，然后将步骤（1）所得改性蛭石加入所得体系中，分散均匀后转入反应釜中，在130℃、0.2MPa下反应10h，然后降温，过滤，得改性填料。
进一步的，所述乙酸苄酯、柠檬烯、碳酸氢钠混合溶液中，溶剂为乙醇，其中每100g乙醇中含有乙酸苄酯2g，柠檬烯1g，碳酸氢钠3g。
进一步的，步骤（1）所述小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖混合溶液中，
实施例2
一种耐磨改性橡胶密封材料，由以下重量份的原料制成：
改性填料12，天然橡胶100，聚乙烯醇6，丁腈橡胶25，芳纶纤维7，硬脂酸6，硫磺3。
进一步的，其制备方法为：
（1）将改性填料与天然橡胶一起加入到混炼机中，进行混炼，得到改性天然橡胶；
（2）将所得改性天然橡胶与聚乙烯醇、丁腈橡胶、芳纶纤维在115℃进行混炼25min，然后加入硬脂酸、硫磺，在62℃下继续混炼4min，然后挤出成型即可。
进一步的，所述芳纶纤维经过以下处理：将芳纶纤维在35℃下烘烤15min，然后向其中喷洒乙酸苄酯、柠檬烯、小苏打混合溶液，边喷洒边搅拌芳纶纤维，喷洒完毕后，将所得芳纶纤维放入-3℃下冷冻35min，然后将其浸泡于55℃温水中，在110rpm下搅拌处理18min，过滤，在35℃下烘干，即可。
进一步的，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
（1）将以重量份计的7份蛭石放入液氮中，放置15min，然后取出后进行球磨25min，然后向其中加入25份小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖混合溶液，其中每100g去离子水中含小孽碱0.6g，碳酸氢钠7g，壳聚糖5g，继续球磨35min，除去溶剂，然后将所得物放入到焙烧炉中，在320℃下焙烧3h，然后以4℃/min的速率降至室温，向所得物中加入25份乙醇、5份天冬氨酸，球磨至除去乙醇，得到改性蛭石；
（2）将8份硅藻土加入到乙醇溶液中，在47KHz的超声条件下超声处理35min，然后向其中加入2份乙二胺、0.8份四硼酸钠，继续超声处理25min，然后将步骤（1）所得改性蛭石加入所得体系中，分散均匀后转入反应釜中，在135℃、0.22MPa下反应13h，然后降温，过滤，得改性填料。
进一步的，所述乙酸苄酯、柠檬烯、碳酸氢钠混合溶液中，溶剂为乙醇，其中每100g乙醇中含有乙酸苄酯3g，柠檬烯1.2g，碳酸氢钠4g。
实施例3
一种耐磨改性橡胶密封材料，由以下重量份的原料制成：
改性填料15，天然橡胶120，聚乙烯醇7，丁腈橡胶30，芳纶纤维10，硬脂酸8，硫磺3。
进一步的，其制备方法为：
（1）将改性填料与天然橡胶一起加入到混炼机中，进行混炼，得到改性天然橡胶；
（2）将所得改性天然橡胶与聚乙烯醇、丁腈橡胶、芳纶纤维在120℃进行混炼30min，然后加入硬脂酸、硫磺，在64℃下继续混炼min，然后挤出成型即可。
进一步的，所述芳纶纤维经过以下处理：将芳纶纤维在40℃下烘烤20min，然后向其中喷洒乙酸苄酯、柠檬烯、小苏打混合溶液，边喷洒边搅拌芳纶纤维，喷洒完毕后，将所得芳纶纤维放入-5℃下冷冻40min，然后将其浸泡于60℃温水中，在120rpm下搅拌处理20min，过滤，在40℃下烘干，即可。
进一步的，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
（1）将以重量份计的10份蛭石放入液氮中，放置20min，然后取出后进行球磨30min，然后向其中加入30份小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖混合溶液，其中，每100g去离子水中含小孽碱0.8g，碳酸氢钠10g，壳聚糖8g，继续球磨40min，除去溶剂，然后将所得物放入到焙烧炉中，在340℃下焙烧3h，然后以4℃/min的速率降至室温，向所得物中加入30份乙醇、6份天冬氨酸，球磨至除去乙醇，得到改性蛭石；
（2）将10份硅藻土加入到乙醇溶液中，在48KHz的超声条件下超声处理40min，然后向其中加入2份乙二胺、1份四硼酸钠，继续超声处理30min，然后将步骤（1）所得改性蛭石加入所得体系中，分散均匀后转入反应釜中，在140℃、0.24MPa下反应15h，然后降温，过滤，得改性填料。
进一步的，所述乙酸苄酯、柠檬烯、碳酸氢钠混合溶液中，溶剂为乙醇，其中每100g乙醇中含有乙酸苄酯4g，柠檬烯1.5g，碳酸氢钠5g。
对比实施例1
本对比实施例相比于实施例2，省略了改性填料的加入，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例相比于实施例2，将改性蛭石替换为未处理的蛭石，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例相比于实施例2，省略了硅藻土的加入，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例4
本对比实施例相比于实施例2，省略了芳纶纤维的处理步骤，除此之外的方法步骤均相同。
性能测试：
利用阿克隆磨耗试验，对各组实施例和对比实施例所得样品的耐磨性能进行测试；
根据GB/T 7759-2015标准，对压缩变形性进行测试，实验温度为70℃，70h。
测试结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，本发明制备的密封材料不仅具有较为优越的耐磨性能，同时，其抗变形能力和拉伸性能较好，制得推广。
Claims (6)
1.一种耐磨改性橡胶密封材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
改性填料10-15，天然橡胶80-120，聚乙烯醇5-7，丁腈橡胶20-30，芳纶纤维5-10，硬脂酸5-8，硫磺2-3。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨改性橡胶密封材料，其特征在于，其制备方法为：
（1）将改性填料与天然橡胶一起加入到混炼机中，进行混炼，得到改性天然橡胶；
（2）将所得改性天然橡胶与聚乙烯醇、丁腈橡胶、芳纶纤维在110-120℃进行混炼20-30min，然后加入硬脂酸、硫磺，在60-64℃下继续混炼3-5min，然后挤出成型即可。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨改性橡胶密封材料，其特征在于，所述芳纶纤维经过以下处理：将芳纶纤维在30-40℃下烘烤10-20min，然后向其中喷洒乙酸苄酯、柠檬烯、小苏打混合溶液，边喷洒边搅拌芳纶纤维，喷洒完毕后，将所得芳纶纤维放入0～-5℃下冷冻30-40min，然后将其浸泡于50-60℃温水中，在100-120rpm下搅拌处理13-20min，过滤，在30-40℃下烘干，即可。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨改性橡胶密封材料，其特征在于，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
（1）将以重量份计的5-10份蛭石放入液氮中，放置10-20min，然后取出后进行球磨20-30min，然后向其中加入20-30份小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖混合溶液，继续球磨30-40min，除去溶剂，然后将所得物放入到焙烧炉中，在300-340℃下焙烧2-3h，然后以3-4℃/min的速率降至室温，向所得物中加入20-30份乙醇、4-6份天冬氨酸，球磨至除去乙醇，得到改性蛭石；
（2）将5-10份硅藻土加入到乙醇溶液中，在46-48KHz的超声条件下超声处理30-40min，然后向其中加入1-2份乙二胺、0.5-1份四硼酸钠，继续超声处理20-30min，然后将步骤（1）所得改性蛭石加入所得体系中，分散均匀后转入反应釜中，在130-140℃、0.2-0.24MPa下反应10-15h，然后降温，过滤，得改性填料。
5.根据权利要求3所述的一种耐磨改性橡胶密封材料，其特征在于，所述乙酸苄酯、柠檬烯、碳酸氢钠混合溶液中，溶剂为乙醇，其中每100g乙醇中含有乙酸苄酯2-4g，柠檬烯1-1.5g，碳酸氢钠3-5g。
6.根据权利要求4所述的一种耐磨改性橡胶密封材料，其特征在于，步骤（1）所述小孽碱、碳酸氢钠、壳聚糖混合溶液中，每100g去离子水中含小孽碱0.4-0.8g，碳酸氢钠5-10g，壳聚糖3-8g。
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