CN112659607A - 一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，属于密封圈技术领域，本发明可以通过对密封圈的原料进行改进，提高密封圈的强度及性能，当出现密封失效渗水时，在密封圈制备过程中预埋进去的冰封复合球会感知到渗透水，然后发生部分溶解现象并释放出气体，一方面通过增大气压的方式来抵抗部分水压，避免泄漏水过多，另一方面会触发内部硝石粉的扩散，而硝石粉在溶解时会吸收大量的热量形成局部降温作用，迫使渗透水发生结冰现象从而形成冰封，另外储油包在结冰作用下受到膨胀挤压后会通过出油延管向外界出油，在冰层与渗透水之间形成类似于油膜的隔离层，进而减少冰层与外界的热交换延长融化时间，利用明显的降温来提示技术人员。
Description
技术领域
本发明涉及密封圈技术领域，更具体地说，涉及一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法。
背景技术
橡胶(Rubber)是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度低，分子量往往很大，大于几十万。
橡胶分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。
天然橡胶具有高拉伸强度以及高抗撕裂性能，且压缩回弹性好，已被广泛用于包装密封条、汽车、航空航天以及机械制造等多个领域。
密封圈材料的选择对其密封性能和使用寿命有着重要意义。材料的性能直接影响密封圈的使用性能，但是现有的密封圈在防水使用的过程中，容易受到异常压力或者老化带来的密封性下降甚至失效的问题，一方面密封圈自身难以应对密封失效的问题，另一方面在密封失效后技术人员难以及时察觉并采取措施，导致密封失效带来的损失较大。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，可以通过对密封圈的原料进行改进，提高密封圈的强度及性能，可以在较长的一段时间内充分满足密封需求，当出现密封失效渗水时，在密封圈制备过程中预埋进去的冰封复合球会感知到渗透水，然后发生部分溶解现象并释放出气体，一方面通过增大气压的方式来抵抗部分水压，避免泄漏水过多，另一方面会触发内部硝石粉的扩散，同时出油延管在弹力作用下会延伸至冰封复合球外侧，而硝石粉在溶解时会吸收大量的热量形成局部降温作用，迫使渗透水发生结冰现象从而形成冰封，另外储油包在结冰作用下受到膨胀挤压后会通过出油延管向外界出油，在冰层与渗透水之间形成类似于油膜的隔离层，进而减少冰层与外界的热交换延长融化时间，利用明显的降温来提示技术人员。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取A组分投入至开炼机中加热至30-35℃，塑炼10-15min，然后经排胶、压片、下片、冷却到室温并停放4-5h得到塑炼胶；
S2、称取B组分与塑炼胶混合后投入至密炼机内升温至120-140℃，密炼5-10min后经排胶、冷却到室温并停放8-15h得到混炼胶；
S3、将C组分与混炼胶在开炼前混合均匀，在80-85℃混炼4-6min，在开炼机上挤压出料得到母料；
S4、取质量占比0.05-0.2的冰封复合球与母料均匀混合后，然后注入至硫化模具中，并施加外部磁场将冰封复合球吸附至型腔表面；
S5、控制在4.6MPa×T90×150℃的硫化条件硫化5-20min，然后模压成型得到密封圈。
进一步的，所述A组分包括以下重量份数计的原料：天然橡胶40-60份、顺丁橡胶30-50份、丁腈橡胶30-50份。
进一步的，所述B组分包括以下重量份数计的原料：硬脂酸2-3.5份、补强剂6-8份、氧化锌4-6份、填料2-4份、微晶蜡5-8份、机油2.5-3.5份、防老剂2-3份、硅烷偶联剂3-5份、硅微粉10-12份。
进一步的，所述补强剂为炭黑、高耐磨白炭黑、沉淀碳酸钙或者氧化锌中的一种，所述填料为纳米陶土、硅酸钙、膨润土、高岭土和云母粉中的一种，可以提高密封圈的强度和耐寒性。
进一步的，所述C组分包括以下重量份数计的原料：硫磺粉2-3份、促进剂0.5-2份。
进一步的，所述冰封复合球包括含水半球、导热半球和水溶块，所述含水半球和导热半球对称连接，且导热半球位于含水半球的外侧，所述水溶块镶嵌于导热半球远离含水半球的一端，所述含水半球与导热半球之间连接有储油包，所述储油包上连接有多根相连通的出油延管，所述导热半球内填充有硝石粉，在发现渗透现象时，水溶块首先与渗透水接触溶解从而开放导热半球，导热半球内的硝石粉继续溶解于水并吸收大量的热量，从而形成局部降温作用，迫使渗透水结冰来恢复密封，同时含水半球内的水也会结冰并膨胀，一方面挤压储油包通过出油延管释放出存储的油来形成保护冰层的隔离层，另一方面也可以挤压密封圈向外膨胀辅助密封。
进一步的，所述水溶块采用泡腾崩解剂与磁粉混合制成，且混合质量比为1:1，水溶块在正常状态下起到封堵导热半球的作用，同时具有磁性，可以在磁场的作用下主动迁移至密封圈表面，在接触到渗透水时会溶解并反应产生大量的气体，一方面通过增大气压的方式来抵抗部分水压，避免泄漏水过多，另一方面会触发内部硝石粉的扩散。
进一步的，所述出油延管包括内半吸油纤维管、外半吸油纤维管和水浮颗粒，且内半吸油纤维管、外半吸油纤维管和水浮颗粒依次连接，所述内半吸油纤维管与储油包连接，且内半吸油纤维管的长度与导热半球的半径保持一致，基于内半吸油纤维管的弹性作用，在水溶块溶解后内半吸油纤维管会伸出导热半球，然后在水浮颗粒的浮力引导作用下离开该区域的渗透水，外半吸油纤维管则可以充分满足水浮颗粒的迁移来进行延伸，保证渗透水结冰的同时不会包住出油延管。
进一步的，所述内半吸油纤维管采用弹性吸油材料制成，所述外半吸油纤维管采用柔性吸油材料制成，所述水浮颗粒采用轻质的亲油疏水材料制成。
进一步的，所述硝石粉内还镶嵌有多个均匀分布的蓄冷微球，所述蓄冷微球内填充有相变蓄冷材料，蓄冷微球可以跟随硝石粉同步扩散并溶解于水中，在硝石粉溶解吸收热量的同时，蓄冷微球也会吸收冷量进行储存，为后来的冰层提供制冷作用，延长冰层的维持时间，为技术人员赢得更多的时间。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案可以通过对密封圈的原料进行改进，提高密封圈的强度及性能，可以在较长的一段时间内充分满足密封需求，当出现密封失效渗水时，在密封圈制备过程中预埋进去的冰封复合球会感知到渗透水，然后发生部分溶解现象并释放出气体，一方面通过增大气压的方式来抵抗部分水压，避免泄漏水过多，另一方面会触发内部硝石粉的扩散，同时出油延管在弹力作用下会延伸至冰封复合球外侧，而硝石粉在溶解时会吸收大量的热量形成局部降温作用，迫使渗透水发生结冰现象从而形成冰封，另外储油包在结冰作用下受到膨胀挤压后会通过出油延管向外界出油，在冰层与渗透水之间形成类似于油膜的隔离层，进而减少冰层与外界的热交换延长融化时间，利用明显的降温来提示技术人员。
(2)冰封复合球包括含水半球、导热半球和水溶块，含水半球和导热半球对称连接，且导热半球位于含水半球的外侧，水溶块镶嵌于导热半球远离含水半球的一端，含水半球与导热半球之间连接有储油包，储油包上连接有多根相连通的出油延管，导热半球内填充有硝石粉，在发现渗透现象时，水溶块首先与渗透水接触溶解从而开放导热半球，导热半球内的硝石粉继续溶解于水并吸收大量的热量，从而形成局部降温作用，迫使渗透水结冰来恢复密封，同时含水半球内的水也会结冰并膨胀，一方面挤压储油包通过出油延管释放出存储的油来形成保护冰层的隔离层，另一方面也可以挤压密封圈向外膨胀辅助密封。
(3)水溶块采用泡腾崩解剂与磁粉混合制成，且混合质量比为1:1，水溶块在正常状态下起到封堵导热半球的作用，同时具有磁性，可以在磁场的作用下主动迁移至密封圈表面，在接触到渗透水时会溶解并反应产生大量的气体，一方面通过增大气压的方式来抵抗部分水压，避免泄漏水过多，另一方面会触发内部硝石粉的扩散。
(4)出油延管包括内半吸油纤维管、外半吸油纤维管和水浮颗粒，且内半吸油纤维管、外半吸油纤维管和水浮颗粒依次连接，内半吸油纤维管与储油包连接，且内半吸油纤维管的长度与导热半球的半径保持一致，基于内半吸油纤维管的弹性作用，在水溶块溶解后内半吸油纤维管会伸出导热半球，然后在水浮颗粒的浮力引导作用下离开该区域的渗透水，外半吸油纤维管则可以充分满足水浮颗粒的迁移来进行延伸，保证渗透水结冰的同时不会包住出油延管。
(5)硝石粉内还镶嵌有多个均匀分布的蓄冷微球，蓄冷微球内填充有相变蓄冷材料，蓄冷微球可以跟随硝石粉同步扩散并溶解于水中，在硝石粉溶解吸收热量的同时，蓄冷微球也会吸收冷量进行储存，为后来的冰层提供制冷作用，延长冰层的维持时间，为技术人员赢得更多的时间。
附图说明
图1为本发明密封圈的结构示意图；
图2为本发明密封圈的剖视图；
图3为图2中A处的结构示意图；
图4为本发明冰封复合球的结构示意图；
图5为本发明出油延管的结构示意图；
图6为本发明密封圈冰封状态下的结构示意图。
图中标号说明：
1冰封复合球、11含水半球、12导热半球、13水溶块、2储油包、3出油延管、31内半吸油纤维管、32外半吸油纤维管、33水浮颗粒、4蓄冷微球、5硝石粉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取A组分投入至开炼机中加热至30℃，塑炼10min，然后经排胶、压片、下片、冷却到室温并停放4h得到塑炼胶；
S2、称取B组分与塑炼胶混合后投入至密炼机内升温至120℃，密炼5min后经排胶、冷却到室温并停放8h得到混炼胶；
S3、将C组分与混炼胶在开炼前混合均匀，在80℃混炼4min，在开炼机上挤压出料得到母料；
S4、取质量占比0.05的冰封复合球1与母料均匀混合后，然后注入至硫化模具中，并施加外部磁场将冰封复合球1吸附至型腔表面；
S5、控制在4.6MPa×T90×150℃的硫化条件硫化5min，然后模压成型得到密封圈。
A组分包括以下重量份数计的原料：天然橡胶40份、顺丁橡胶30份、丁腈橡胶30份。
B组分包括以下重量份数计的原料：硬脂酸2份、补强剂6份、氧化锌4份、填料2份、微晶蜡5份、机油2.5份、防老剂2份、硅烷偶联剂3份、硅微粉10份。
补强剂为炭黑、高耐磨白炭黑、沉淀碳酸钙或者氧化锌中的一种，填料为纳米陶土、硅酸钙、膨润土、高岭土和云母粉中的一种，可以提高密封圈的强度和耐寒性。
C组分包括以下重量份数计的原料：硫磺粉2份、促进剂0.5份。
请参阅图2-4，冰封复合球1包括含水半球11、导热半球12和水溶块13，含水半球11和导热半球12对称连接，且导热半球12位于含水半球11的外侧，水溶块13镶嵌于导热半球12远离含水半球11的一端，含水半球11与导热半球12之间连接有储油包2，储油包2上连接有多根相连通的出油延管3，导热半球12内填充有硝石粉5，在发现渗透现象时，水溶块13首先与渗透水接触溶解从而开放导热半球12，导热半球12内的硝石粉5继续溶解于水并吸收大量的热量，从而形成局部降温作用，迫使渗透水结冰来恢复密封，同时含水半球11内的水也会结冰并膨胀，一方面挤压储油包2通过出油延管3释放出存储的油来形成保护冰层的隔离层，另一方面也可以挤压密封圈向外膨胀辅助密封。
水溶块13采用泡腾崩解剂与磁粉混合制成，且混合质量比为1:1，水溶块13在正常状态下起到封堵导热半球12的作用，同时具有磁性，可以在磁场的作用下主动迁移至密封圈表面，在接触到渗透水时会溶解并反应产生大量的气体，一方面通过增大气压的方式来抵抗部分水压，避免泄漏水过多，另一方面会触发内部硝石粉5的扩散。
请参阅图5-6，出油延管3包括内半吸油纤维管31、外半吸油纤维管32和水浮颗粒33，且内半吸油纤维管31、外半吸油纤维管32和水浮颗粒33依次连接，内半吸油纤维管31与储油包2连接，且内半吸油纤维管31的长度与导热半球12的半径保持一致，基于内半吸油纤维管31的弹性作用，在水溶块13溶解后内半吸油纤维管31会伸出导热半球12，然后在水浮颗粒33的浮力引导作用下离开该区域的渗透水，外半吸油纤维管32则可以充分满足水浮颗粒33的迁移来进行延伸，保证渗透水结冰的同时不会包住出油延管3。
内半吸油纤维管31采用弹性吸油材料制成，外半吸油纤维管32采用柔性吸油材料制成，水浮颗粒33采用轻质的亲油疏水材料制成。
硝石粉5内还镶嵌有多个均匀分布的蓄冷微球4，蓄冷微球4内填充有相变蓄冷材料，蓄冷微球4可以跟随硝石粉5同步扩散并溶解于水中，在硝石粉5溶解吸收热量的同时，蓄冷微球4也会吸收冷量进行储存，为后来的冰层提供制冷作用，延长冰层的维持时间，为技术人员赢得更多的时间。
实施例2：
请参阅图1，一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取A组分投入至开炼机中加热至32℃，塑炼12min，然后经排胶、压片、下片、冷却到室温并停放4.5h得到塑炼胶；
S2、称取B组分与塑炼胶混合后投入至密炼机内升温至130℃，密炼8min后经排胶、冷却到室温并停放12h得到混炼胶；
S3、将C组分与混炼胶在开炼前混合均匀，在82℃混炼5min，在开炼机上挤压出料得到母料；
S4、取质量占比0.12的冰封复合球1与母料均匀混合后，然后注入至硫化模具中，并施加外部磁场将冰封复合球1吸附至型腔表面；
S5、控制在4.6MPa×T90×150℃的硫化条件硫化15min，然后模压成型得到密封圈。
A组分包括以下重量份数计的原料：天然橡胶50份、顺丁橡胶40份、丁腈橡胶40份。
B组分包括以下重量份数计的原料：硬脂酸3份、补强剂7份、氧化锌5份、填料3份、微晶蜡6份、机油3份、防老剂2.5份、硅烷偶联剂4份、硅微粉11份。
其余部分与实施例1保持一致。
实施例3：
请参阅图1，一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取A组分投入至开炼机中加热至30-35℃，塑炼15min，然后经排胶、压片、下片、冷却到室温并停放5h得到塑炼胶；
S2、称取B组分与塑炼胶混合后投入至密炼机内升温至140℃，密炼10min后经排胶、冷却到室温并停放15h得到混炼胶；
S3、将C组分与混炼胶在开炼前混合均匀，在85℃混炼6min，在开炼机上挤压出料得到母料；
S4、取质量占比0.2的冰封复合球1与母料均匀混合后，然后注入至硫化模具中，并施加外部磁场将冰封复合球1吸附至型腔表面；
S5、控制在4.6MPa×T90×150℃的硫化条件硫化20min，然后模压成型得到密封圈。
A组分包括以下重量份数计的原料：天然橡胶60份、顺丁橡胶50份、丁腈橡胶50份。
B组分包括以下重量份数计的原料：硬脂酸3.5份、补强剂8份、氧化锌6份、填料4份、微晶蜡8份、机油3.5份、防老剂3份、硅烷偶联剂5份、硅微粉12份。
其余部分与实施例1保持一致。
本发明可以通过对密封圈的原料进行改进，提高密封圈的强度及性能，可以在较长的一段时间内充分满足密封需求，当出现密封失效渗水时，在密封圈制备过程中预埋进去的冰封复合球1会感知到渗透水，然后发生部分溶解现象并释放出气体，一方面通过增大气压的方式来抵抗部分水压，避免泄漏水过多，另一方面会触发内部硝石粉5的扩散，同时出油延管3在弹力作用下会延伸至冰封复合球1外侧，而硝石粉5在溶解时会吸收大量的热量形成局部降温作用，迫使渗透水发生结冰现象从而形成冰封，另外储油包2在结冰作用下受到膨胀挤压后会通过出油延管3向外界出油，在冰层与渗透水之间形成类似于油膜的隔离层，进而减少冰层与外界的热交换延长融化时间，利用明显的降温来提示技术人员。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、称取A组分投入至开炼机中加热至30-35℃，塑炼10-15min，然后经排胶、压片、下片、冷却到室温并停放4-5h得到塑炼胶；
S2、称取B组分与塑炼胶混合后投入至密炼机内升温至120-140℃，密炼5-10min后经排胶、冷却到室温并停放8-15h得到混炼胶；
S3、将C组分与混炼胶在开炼前混合均匀，在80-85℃混炼4-6min，在开炼机上挤压出料得到母料；
S4、取质量占比0.05-0.2的冰封复合球(1)与母料均匀混合后，然后注入至硫化模具中，并施加外部磁场将冰封复合球(1)吸附至型腔表面；
S5、控制在4.6MPa×T90×150℃的硫化条件硫化5-20min，然后模压成型得到密封圈。
2.根据权利要求1所述的一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，其特征在于：所述A组分包括以下重量份数计的原料：天然橡胶40-60份、顺丁橡胶30-50份、丁腈橡胶30-50份。
3.根据权利要求1所述的一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，其特征在于：所述B组分包括以下重量份数计的原料：硬脂酸2-3.5份、补强剂6-8份、氧化锌4-6份、填料2-4份、微晶蜡5-8份、机油2.5-3.5份、防老剂2-3份、硅烷偶联剂3-5份、硅微粉10-12份。
4.根据权利要求3所述的一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，其特征在于：所述补强剂为炭黑、高耐磨白炭黑、沉淀碳酸钙或者氧化锌中的一种，所述填料为纳米陶土、硅酸钙、膨润土、高岭土和云母粉中的一种。
5.根据权利要求3所述的一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，其特征在于：所述C组分包括以下重量份数计的原料：硫磺粉2-3份、促进剂0.5-2份。
6.根据权利要求1所述的一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，其特征在于：所述冰封复合球(1)包括含水半球(11)、导热半球(12)和水溶块(13)，所述含水半球(11)和导热半球(12)对称连接，且导热半球(12)位于含水半球(11)的外侧，所述水溶块(13)镶嵌于导热半球(12)远离含水半球(11)的一端，所述含水半球(11)与导热半球(12)之间连接有储油包(2)，所述储油包(2)上连接有多根相连通的出油延管(3)，所述导热半球(12)内填充有硝石粉(5)。
7.根据权利要求6所述的一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，其特征在于：所述水溶块(13)采用泡腾崩解剂与磁粉混合制成，且混合质量比为1:1。
8.根据权利要求6所述的一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，其特征在于：所述出油延管(3)包括内半吸油纤维管(31)、外半吸油纤维管(32)和水浮颗粒(33)，且内半吸油纤维管(31)、外半吸油纤维管(32)和水浮颗粒(33)依次连接，所述内半吸油纤维管(31)与储油包(2)连接，且内半吸油纤维管(31)的长度与导热半球(12)的半径保持一致。
9.根据权利要求8所述的一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，其特征在于：所述内半吸油纤维管(31)采用弹性吸油材料制成，所述外半吸油纤维管(32)采用柔性吸油材料制成，所述水浮颗粒(33)采用轻质的亲油疏水材料制成。
10.根据权利要求6所述的一种自显冰封式橡胶密封圈的制备方法，其特征在于：所述硝石粉(5)内还镶嵌有多个均匀分布的蓄冷微球(4)，所述蓄冷微球(4)内填充有相变蓄冷材料。
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